CN110531451A - 一种增强吸收的光学薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种增强吸收的光学薄膜，由下及上依次包括基底层、吸收层和陷光结构层，所述陷光结构层由介质材料制成，所述陷光结构层设有多个按周期阵列排列的凹槽，所述凹槽与所述陷光结构层下表面具有与不等于90°的夹角，所述凹槽内表面设有一层贵金属颗粒。本申请实施例增强吸收的光学薄膜，设置了陷光结构，即凹槽，凹槽与陷光结构层下表面具有与不等于90°的夹角，当入射光垂直照射至本申请实施例光学薄膜凹槽底部的贵金属颗粒时，贵金属吸收部分入射光，同时将其余部分反射和散射至凹槽内壁进行二次吸收，避免了传统结构上的将入射光原路径反射出去，从而导致入射光的吸收率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种增强吸收的光学薄膜。
背景技术
目前对光的传播特性和光学吸收的操控一直是光学研究领域的重要课题。近年来，基于微纳结构调控的高性能可集成的光学器件研究吸引了越来越多的关注。贵金属结构与入射光之间相互耦合，可以产生很多值得探究的光学特性，但是目前大多微纳金属结构对于入射光的吸收都比较弱，因此，对于微纳金属结构的吸光性进一步研究就成为了热点问题。
表面等离激元效应产生与金属的表面或周围，能使纳米结构的金属中的电磁场高度局域化，表现出局域表面等离子体共振现象。对于环境的灵敏度超高，也可提高分子的检测极限。
金属中自由电子按其固有频率沿金属表面作协同振荡，当与一定波长的电磁波作用时，自由电子集体激发，当金属中的电子被入射光激发，金属周围的局域电磁场加强。同时，金属表面自由电子集体振荡而离开原子核，产生LSPR现象，耦合产生的电磁场强度在垂直金属表面呈指数衰减，穿透深度比电磁波波长小。表面等离子体的这种特性使得亚波长金属结构中的光场高度局域化，表现出特殊的光、电性质，从而产生强烈的电场损耗，实现对于入射光的吸收。但目前的光学薄膜都是通过狭缝或者两结构之间的耦合来实现对于入射光的吸收，吸收效率较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种增强吸收的光学薄膜，由下及上依次包括基底层、吸收层和陷光结构层；所述陷光结构层由介质材料制成；所述陷光结构层设有多个按周期阵列排列的凹槽；所述凹槽内侧表面与所述陷光结构层下表面具有一不等于90°的夹角；所述凹槽内表面设有一层贵金属颗粒。
进一步地，所述凹槽为倒锥形或倒圆台形。
进一步地，所述陷光结构上表面还设有一柔性层；所述柔性层与所述陷光结构上表面固定连接；所述柔性层由透光材料制成。
进一步地，所述柔性层与所述凹槽相对的位置凸起。
进一步地，所述柔性层与所述凹槽相对的位置凹陷。
进一步地，所述柔性层与所述凹槽之间形成一空腔；所述空腔内真空。
进一步地，所述吸收层由石墨烯薄膜按条状排列构成。
进一步地，所述吸收层为一金属层；所述金属层厚度不大于10um。
进一步地，所述金属层上表面设有一双层石墨烯薄膜；所述双层石墨烯薄膜之间设有一介质层；所述介质层厚度不大于50nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本申请实施例提供了一种增强吸收的光学薄膜，由下及上依次包括基底层、吸收层和陷光结构层，陷光结构层由介质材料制成，陷光结构层设有多个按周期阵列排列的凹槽，凹槽与陷光结构层下表面具有与不等于90°的夹角，凹槽内表面设有一层贵金属颗粒。
在入射光的照射下，入射光激发凹槽表面的贵金属颗粒，贵金属的表面电荷重新分布，产生表面电场，从而造成能量的耗散。在实验检测中入射光一般采用偏振光，而偏振光是通过一系列不同光学元件转化而来，在一般结构中入射光如果以垂直角度照射至凹槽底部时，入射光经底部反射，由原路径返回入射点，从而造成入射光的利用率大大降低，对于入射光的吸收减弱。
本申请实施例增强吸收的光学薄膜，设置了陷光结构，即凹槽，凹槽与陷光结构层下表面具有与不等于90°的夹角，当入射光垂直照射至本申请实施例光学薄膜凹槽底部的贵金属颗粒时，贵金属吸收部分入射光，同时将其余部分反射和散射至凹槽内壁进行二次吸收，解决了传统结构上的将入射光原路径反射出去，从而导致入射光的吸收率低的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例增强吸收的光学薄膜的结构示意图；
图2为本申请实施例增强吸收的光学薄膜俯视图；
图3为本申请实施例增强吸收的光学薄膜凹槽结构示意图；
图4为本申请实施例增强吸收的光学薄膜实施例2中的凹槽的结构示意图。
图中：1、基底层；2、吸收层；3、陷光结构；31、凹槽；32、贵金属颗粒；4、柔性层；5、空腔。
具体实施方式
为解决现有技术中存在的光学薄膜对于入射光吸收率低的技术问题，本申请实施例提供了一种增强吸收的光学薄膜，设置了陷光结构，即凹槽，凹槽与陷光结构层下表面具有与不等于90°的夹角，当入射光垂直照射至本申请实施例光学薄膜凹槽底部的贵金属颗粒时，贵金属吸收部分入射光，同时将其余部分反射和散射至凹槽内壁进行二次吸收，避免了传统结构上的将入射光原路径反射出去，从而导致入射光的吸收率低的技术问题。下面结合具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例1：
为解决目前光学微纳结构对于入射光吸收效率较低的问题，本实施例提供了一种增强吸收的光学薄膜，如图1与图2所示，由下及上依次包括基底层1、吸收层2和陷光结构3层，所述陷光结构3层由介质材料制成，所述陷光结构3层设有多个按周期阵列排列的凹槽31，所述凹槽31与所述陷光结构3层下表面具有与不等于90°的夹角，所述凹槽31内表面设有一层贵金属颗粒32。
具体而言：
如图1所示，基底层1具体为透明玻璃或二氧化硅介质，凹槽31为倒锥形或倒圆台形，本实施例具体为倒锥形，如图3所示，当入射光垂直照射至本实施例光学薄膜凹槽31底部的贵金属颗粒32时，贵金属吸收部分入射光，同时将其余部分反射和散射至凹槽31内壁进行二次吸收，解决了传统结构上的将入射光原路径反射出去，从而导致入射光的吸收率低的技术问题。
本实施例提供了一种增强吸收的光学薄膜，如图1所示，由下及上依次包括基底层1、吸收层2和陷光结构3层，陷光结构3层由介质材料制成，陷光结构3层设有多个按周期阵列排列的凹槽31，凹槽31内侧表面与陷光结构3层下表面具有一不等于90°的夹角，凹槽31内表面设有一层贵金属颗粒32。
在入射光的照射下，入射光激发凹槽31表面的贵金属颗粒32，贵金属的表面电荷重新分布，产生表面电场，从而造成能量的耗散。在实验检测中入射光一般采用偏振光，而偏振光是通过一系列不同光学元件转化而来，在一般结构中入射光如果以垂直角度照射至凹槽31底部时，入射光经底部反射，由原路径返回入射点，从而造成入射光的利用率大大降低，对于入射光的吸收减弱。
本实施例增强吸收的光学薄膜，设置了陷光结构3，即凹槽31，凹槽31与陷光结构3层下表面具有与不等于90°的夹角，当入射光垂直照射至本实施例光学薄膜凹槽31底部的贵金属颗粒32时，贵金属吸收部分入射光，同时将其余部分反射和散射至凹槽31内壁进行二次吸收，避免了传统结构上的将入射光原路径反射出去，从而导致入射光的吸收率低。
实施例2：
基于实施例1公开的一种增强吸收的光学薄膜，本实施例提供了一种增强吸收的光学薄膜，所述陷光结构3上表面还设有一柔性层4，所述柔性层4与所述陷光结构3上表面固定连接，所述柔性层4由透光材料制成。柔性材料具体为PET材料，俗称涤纶树脂，PET材料为热塑性聚酯，透明度高，有良好的力学性能。
所述柔性层4与所述凹槽31相对的位置凸起或者所述柔性层4与所述凹槽31相对的位置凹陷，所述柔性层4与所述凹槽31之间形成一空腔5，所述空腔5内真空。
特别的，柔性层4与所述凹槽31相对的位置凸起，在凸起表面受到一压力时，柔性层4与凹槽31之间的空腔5内体积减小，从而导致其光学特性的改变，本实施例光学薄膜对于入射光的吸收也随之改变，从而通过凸起在受力前后，本实施例光学薄膜的吸光特性的改变，从而实现对于压力的传感。
如图4所示，柔性层4与所述凹槽31相对的位置凹陷，在柔性层4上下形成双层孔洞，当环境温度、压力或者横向的应力改变时，本实施例光学薄膜的光学吸收特性也会随之改变，从而实现本实施例光学薄膜在传感器上的应用。
特别的，本实施例吸收层2可以由以下几种方案构成：第一，由石墨烯薄膜按条状排列构成，形成多个空隙；第二，所述吸收层2为一金属层，所述金属层厚度不大于10um。两种方案均可以在一定程度上增强本实施例光学薄膜对于入射光的吸收。此外，所述金属层上表面设有一双层石墨烯薄膜，所述双层石墨烯薄膜之间设有一介质层，所述介质层厚度不大于50nm，在石墨烯薄膜之间形成一个空腔5，形成两层石墨烯之间的强烈耦合，从而增强吸收层2对于入射光的吸收。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所做出的若干简单推演或替换，都应当视为属于发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种增强吸收的光学薄膜，其特征在于，由下及上依次包括基底层、吸收层和陷光结构层；所述陷光结构层由介质材料制成；
所述陷光结构层设有多个按周期阵列排列的凹槽；所述凹槽内侧表面与所述陷光结构层下表面具有一不等于90°的夹角；
所述凹槽内表面设有一层贵金属颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种增强吸收的光学薄膜，其特征在于，所述凹槽为倒锥形或倒圆台形。
3.根据权利要求1或2所述的增强吸收的光学薄膜，其特征在于，所述陷光结构上表面还设有一柔性层；所述柔性层与所述陷光结构上表面固定连接；所述柔性层由透光材料制成。
4.根据权利要求3所述的增强吸收的光学薄膜，其特征在于，所述柔性层与所述凹槽相对的位置凸起。
5.根据权利要求3所述的增强吸收的光学薄膜，其特征在于，所述柔性层与所述凹槽相对的位置凹陷。
6.根据权利要求4或5所述的增强吸收的光学薄膜，其特征在于，所述柔性层与所述凹槽之间形成一空腔；所述空腔内真空。
7.根据权利要求1所述的增强吸收的光学薄膜，其特征在于，所述吸收层由石墨烯薄膜按条状排列构成。
8.根据权利要求1所述的增强吸收的光学薄膜，其特征在于，所述吸收层为一金属层；所述金属层厚度不大于10um。
9.根据权利要求1所述的增强吸收的光学薄膜，其特征在于，所述金属层上表面设有双层石墨烯薄膜；所述双层石墨烯薄膜之间设有一介质层；所述介质层厚度不大于50nm。
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