CN113325490A - 一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面，包括反射基底(10)和设置在反射基底(10)上的透明薄膜层(20)，其特征在于，所述反射基底(10)为亲水性金属材料，所述透明薄膜层(20)为疏水性材料，所述透明薄膜层(20)上有阵列排布的等腰梯形槽孔(21)，所述等腰梯形槽孔(21)从上至下贯穿所述透明薄膜层(20)。本发明涉及的光偏折超表面在干燥和水浸润两种环境控制下，可以对垂直入射光束实现反射角度分别为‑30°和+30°左右的光束偏折调控切换，具有明显的可调控的光束偏折特点，可以推广应用于光束定向出射和传感等领域。

Description

一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面
技术领域
本发明属于微纳光学领域，特别涉及一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面。
背景技术
光学超表面在结构色、透镜成像、光束偏折等领域具有重要的研究和应用价值。其具有调控光束振幅、相位、偏振的作用，并且相比传统的光学元件还具有结构紧凑、轻便集成的特点。光束偏折是指光束在传输经过介质时发生的不符合经典折射和反射定律的异常偏折情况。光学超表面主要根据广义的斯涅尔定律，通过人为设计表面的微纳结构，得到要求的相位梯度，从而实现相位调控，并从而改变入射光束的出射角度，实现特定角度光束偏折的功能。目前，拥有单一静态功能的超表面结构设计已经比较成熟，然而随着对光学系统功能性、适应性和实用性的要求在不断增加，超表面相关的研究和技术出现了向多功能、可动态调控等方向发展的趋势，对出射角度可调控的超表面光束偏折也提出了要求。其中，包括电控、光控、温控、机械和化学调控技术和方法已经得到了提出。但是，上述方法通常需要复杂的设计和调控环境要求，因此设计简单和调控方式便捷的可调控超表面结构仍是一种面临挑战和创新。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面，包括反射基底(10)和设置在反射基底(10)上的透明薄膜层(20)，其特征在于，所述反射基底(10)为亲水性金属材料，所述透明薄膜层(20)为疏水性材料，所述透明薄膜层(20)上有阵列排布的等腰梯形槽孔(21)，所述等腰梯形槽孔(21)从上至下贯穿所述透明薄膜层(20)。
进一步，所述等腰梯形槽孔(21)沿横向和纵向周期性阵列排布在所述透明薄膜层(20)上。
再进一步，所述等腰梯形槽孔(21)的窄底边W1和宽底边W2沿横向，等腰梯形槽孔(21)的高L沿纵向。
再再进一步，所述等腰梯形槽孔(21)的窄底边W1长度为60nm，宽底边W2长度为260nm，高L为700nm，透明薄膜层厚度t为300nm。
再再再进一步，所述等腰梯形槽孔沿横向阵列排布的最小周期Px为1000nm，沿纵向阵列排布的最小周期Py为300nm。
进一步，所述透明薄膜层(20)由聚甲基丙烯酸甲酯制成，所述反射基底(10)为铝层。
进一步，所述反射基底(10)厚度为100nm。
与传统的光束偏折器件相比，本发明具有以下的优点和有益效果：
(1)本发明涉及的光偏折超表面同时采用亲水基底和含等腰梯形槽孔的疏水薄膜层进行设计制造，利用材料的亲疏水性差异，使水更易在梯形槽中聚集，形成选择性浸润，改变表面光学相位梯度。进而，本发明涉及的光偏折超表面在干燥和水浸润两种环境控制下，可以对垂直入射光束实现反射角度分别为-30°和+30°左右的光束偏折调控切换，具有明显的可调控的光束偏折特点，可以推广应用于光束定向出射和传感等领域。
(2)本发明涉及的光偏折超表面具有偏振不相关和宽带适用的效果，在多波长下均有明显的可调控光束偏折效果。
(3)光束偏折功能由光偏折超表面结构提供，具有结构简单，尺寸微小，易于进行加工和集成的优点。
附图说明
图1是基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面的结构示意图；
图2是单个等腰梯形槽孔的示意图；
图3是本发明光偏折超表面在干燥情况下的反射角度试验结果图；
图4是本发明光偏折超表面在水湿润情况下的反射角度试验结果图；
图5是在入射波长475nm情况下的干燥和水浸润环境下本发明光偏折超表面的反射角度测量结果图谱；
图6是等腰梯形槽孔槽形结构宽度变化对应的相位变化仿真结果图。
其中，10-反射基底；20-透明薄膜层；21-等腰梯形槽孔；t-透明薄膜层厚度；Px-等腰梯形槽孔沿横向阵列排布的最小周期；Py-等腰梯形槽孔沿纵向阵列排布的最小周期；L-等腰梯形槽孔的高；W1-等腰梯形槽孔的窄底边；W2-等腰梯形槽孔的宽底边。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面，包括反射基底(10)和设置在反射基底(10)上的透明薄膜层(20)，所述反射基底(10)为铝层，所述透明薄膜层(20)由聚甲基丙烯酸甲酯制成，所述透明薄膜层(20)上有阵列排布的等腰梯形槽孔(21)，所述等腰梯形槽孔(21)从上至下贯穿所述透明薄膜层(20)；
等腰梯形槽孔(21)沿横向和纵向周期性阵列排布在所述透明薄膜层(20)上；
所述等腰梯形槽孔(21)的窄底边W1长度为60nm，宽底边W2长度为260nm，高L为700nm，透明薄膜层厚度t为300nm；
等腰梯形槽孔沿横向阵列排布的最小周期Px为1000nm，沿纵向阵列排布的最小周期Py为300nm；等腰梯形槽孔(21)的窄底边W1和宽底边W2沿纵向，等腰梯形槽孔(21)的高L沿横向；
透明薄膜层(20)由聚甲基丙烯酸甲酯制成，反射基底(10)为厚度为100nm的铝层。
图2给出了单个等腰梯形槽孔，并标示出了其尺寸参数及阵列参数。
下面利用本光偏折超表面对波长范围为450～550nm的光束进行光偏折试验，本试验分两个部分进行。
第一部分：保持本光偏折超表面干燥，加盖盖玻片，光束垂直入射本光偏折超表面，对于横向x和纵向y方向偏振的入射光束，其反射角度为-30°左右，测试结果如图3所示；
第二部分：将本光偏折超表面用水浸润后，加盖盖玻片，光束垂直入射本光偏折超表面，对于横向x和纵向y方向偏振的入射光束，其反射角度为+30°左右，测试结果如图4所示。
图3和图4的测试结果可知：对比干燥情况下的光束偏折结果，在水浸润情况下，本发明的光偏折超表面将同样的入射光束偏折到了相反的反射角度，两种环境下的光学测量结果具有明显区别。
为了进一步说明光束偏折效果细节，本实施例以475nm波长光束为入射光束垂直入射本光偏折超表面，测试了在干燥和浸润两种情况下，反射强度与反射角度(+30°和-30°附近)的对应关系，如图5所示，可见在湿润前后，最强反射光强对应的反射角发生明显变化：在干燥时，反射光在-30°左右最强；在湿润后，反射光在+30°左右最强。
图6为仿真计算得到的不同波长和槽宽所对应的相位分布图。可以发现两种偏振下的相位分布相似，这一结果在理论上说明了本发明中光束偏折超表面的偏振无关性。本发明所涉及的光束偏折超表面由于采用了宽度渐变的梯形槽状结构，因此在一个结构周期内可以获得特定方向的相位分布梯度。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面，包括反射基底(10)和设置在反射基底(10)上的透明薄膜层(20)，其特征在于，所述反射基底(10)为亲水性金属材料，所述透明薄膜层(20)为疏水性材料，所述透明薄膜层(20)上有阵列排布的等腰梯形槽孔(21)，所述等腰梯形槽孔(21)从上至下贯穿所述透明薄膜层(20)。
2.根据权利要求1所述的光偏折超表面，其特征在于，所述等腰梯形槽孔(21)沿横向和纵向周期性阵列排布在所述透明薄膜层(20)上。
3.根据权利要求2所述的光偏折超表面，其特征在于，所述等腰梯形槽孔(21)的窄底边W1和宽底边W2沿纵向，等腰梯形槽孔(21)的高L沿横向。
4.根据权利要求3所述的光偏折超表面，其特征在于，所述等腰梯形槽孔(21)的窄底边W1长度为60nm，宽底边W2长度为260nm，高L为700nm，透明薄膜层厚度t为300nm。
5.根据权利要求4所述的光偏折超表面，其特征在于，所述等腰梯形槽孔沿横向阵列排布的最小周期Px为1000nm，沿纵向阵列排布的最小周期Py为300nm。
6.根据权利要求1所述的光偏折超表面，其特征在于，所述透明薄膜层(20)由聚甲基丙烯酸甲酯制成，所述反射基底(10)为铝层。
7.根据权利要求1所述的光偏折超表面，其特征在于，所述反射基底(10)厚度为100nm。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115480325A (zh) * 2022-10-10 2022-12-16 成都信息工程大学 一种用于强偏振光场调控的液浸超表面及其设计方法
CN117092727A (zh) * 2023-10-20 2023-11-21 广东工业大学 一种双光束偏折器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108445555A (zh) * 2018-05-09 2018-08-24 华南师范大学 超表面透镜
CN111208594A (zh) * 2020-03-16 2020-05-29 武汉大学 宽带可见光偏振不敏感的超光栅元件结构及其应用
WO2021094422A1 (en) * 2019-11-12 2021-05-20 Max Planck Gesellschaft Zur Förderung Der Wissenschaften eV Method of manufacture of a metasurface

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108445555A (zh) * 2018-05-09 2018-08-24 华南师范大学 超表面透镜
WO2021094422A1 (en) * 2019-11-12 2021-05-20 Max Planck Gesellschaft Zur Förderung Der Wissenschaften eV Method of manufacture of a metasurface
CN111208594A (zh) * 2020-03-16 2020-05-29 武汉大学 宽带可见光偏振不敏感的超光栅元件结构及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郑国兴: "《超构表面的振幅调控及其功能器件研究进展》", 《中国光学》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115480325A (zh) * 2022-10-10 2022-12-16 成都信息工程大学 一种用于强偏振光场调控的液浸超表面及其设计方法
CN117092727A (zh) * 2023-10-20 2023-11-21 广东工业大学 一种双光束偏折器
CN117092727B (zh) * 2023-10-20 2024-01-30 广东工业大学 一种双光束偏折器

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