CN114895394B - 具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构及其制备方法 - Google Patents

具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构及其制备方法，涉及先进光学功能超材料设计及微纳加工技术领域，该亚波长光栅结构包括从下至上依次设置的硅基底、第一铝金属薄膜层、介质隔绝层和介质光栅层，介质光栅层设有以周期宽度周期性间隔设置的脊部，相邻两个脊部之间设有沟槽，脊部的周期宽度远小于入射光的波长，介质光栅层的脊部的顶部和侧壁以及沟槽的底部覆盖有第二铝金属薄膜层，第二铝金属薄膜层具有非均匀厚度，解决现有纳米结构加工领域中难以大面积制备且流程复杂的问题，从而达到便于高质量的长程有序制备，制备产品均匀性好、多参数可调的效果，该结构具有显著的大角度宽频段光能存储及非线性谐波偏振增强特性。

Description

具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及先进光学功能超材料设计及微纳加工技术领域，特别是一种具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构及其制备方法。
背景技术
金属中的自由电子与光子耦合形成的表面等离激元（Surface Plasmons, SPs）是最早发现并被加以利用的一种极化激元形式。金属表面等离激元可以突破光学衍射极限，将光波的能量限域在亚波长尺度内，其共振激发（Surface Plasmon Resonance, SPR）可在金属-介质界面或金属纳米结构中诱导产生显著的场增强效应（即电磁场模式“热点”），并对波的色散、波速等输运性质进行调控，故被广泛地应用于新型光场调控、超灵敏生物传感、表界面增强光谱、高效纳米能源器件开发等领域，而具有高空间活性的SPR纳米结构则是推动表面等离激元光子学在以上领域可持续发展的重要基础。
在材料的选择方面，与金、银、铜等传统等离激元材料不同，铝地表储备丰富，且工作波段不仅在可见及近红外光谱范围，还可拓展至紫外波段；加之铝的物理和化学性质较为稳定，其表面天然形成的1-3纳米厚度氧化物保护层可避免金属表面的进一步氧化和污染，使其成为在表面等离激元应用领域可大规模生产的重要候选材料。
在纳米周期超表面结构的设计方面，构造具有局域/非局域模式互补调控机制的高空间活性SPR金属纳米结构能够有效实现特定或多频段内的高Q值光能量存储（如完美陷光、连续域中的束缚态、彩虹陷光效应等）和增强光学谐波（如二次谐波，SHG）等非线性频率上转换效应，因而在纳米光源设计、量子信息处理、光子芯片设计等领域具有广阔的应用前景。因此设计并制备具有高空间活性的SPR金属周期超表面结构已成为了近期国内外科研人员关注的焦点。
目前金属周期超表面结构的制备主要技术包括电子束光刻（EBL）、聚焦离子束光刻（FIB）等加工工艺，其工艺成本高，制备面积小，因此寻求一种低成本、大面积高效制备具有先进光学调控功能的金属周期超表面结构的加工工艺显得尤为重要。
发明内容
针对目前金属周期超表面结构工艺成本高、性能单一等问题，本申请的实施例提出了一种具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构及其制备方法来解决以上的问题。本发明的重点放在可低成本、大面积、高效制备具有宽频段光能存储特征且能实现高效非线性极化特性的亚波长光栅结构的设计思路和加工工艺上。
第一方面，本申请提出了一种具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构，包括从下至上依次设置的硅基底、第一铝金属薄膜层、介质隔绝层和介质光栅层，介质光栅层设有以周期宽度周期性间隔设置的脊部，相邻两个脊部之间设有沟槽，脊部的周期宽度远小于入射光的波长，介质光栅层的脊部的顶部和侧壁以及沟槽的底部覆盖有第二铝金属薄膜层，第二铝金属薄膜层具有非均匀厚度。
作为优选，沟槽的宽度小于或等于130纳米，脊部的宽度大于或等于50纳米，高度小于或等于60纳米。
作为优选，在脊部的顶部的第二铝金属薄膜层的厚度大于或等于40纳米，在脊部的侧壁上的第二铝金属薄膜层的厚度小于或等于5纳米，在沟槽上的第二铝金属薄膜层的厚度大于或等于40纳米。
作为优选，介质隔绝层的厚度为1-20纳米。
作为优选，介质隔绝层为氧化铝或氧化锌。
作为优选，第一铝金属薄膜层的厚度大于或等于60纳米。
作为优选，入射光波长为350-600纳米，入射光的入射角为0-60°。
第二方面，本申请的实施例提出了一种根据上述的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供硅基板，在硅基板表面蒸镀第一铝金属薄膜层；
S2，采用原子层沉积工艺在第一铝金属薄膜层表面沉积介质隔绝层；
S3，在介质隔绝层表面旋涂光刻胶，采用纳米压印光刻工艺将模板上的纳米光栅结构图案转移到光刻胶上，得到纳米光栅结构，蚀刻去除纳米光栅结构中的残胶层，形成介质光栅层，介质光栅层设有以周期宽度周期性间隔设置的脊部，相邻两个脊部之间设有沟槽；
S4，采用蒸镀工艺在介质光栅层的脊部的顶部和侧壁以及沟槽的底部分别制作不同厚度的第二铝金属薄膜层。
作为优选，步骤S3具体包括：
将光刻胶旋涂在介质隔绝层表面；
将模板的纳米光栅结构图案通过加热加压复制转移到高分子聚碳酸酯软膜上，在高分子聚碳酸酯软膜上获得与纳米光栅结构图案互补的图形；
将高分子聚碳酸酯软膜上的图形在加热加压及紫外线曝光的条件下完全转移到光刻胶上，在介质隔绝层上获得与模板的纳米光栅结构图案相同的纳米光栅结构；
采用微波等离子体刻蚀工艺去除纳米光栅结构的沟槽中的残胶层，并设置不同的实验条件，在腔体内通入流量为20-40sccm的氧气，固定氩气的流量为50sccm，腔体压强为50Pa，功率为50-70W，持续时间为50-70秒，得到介质光栅层。
第三方面，本申请的实施例提出了一种根据上述的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构在可调控光吸收器件以及非线性光学功能器件上的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构及其制备方法，能够解决现有纳米结构加工领域中具有先进光学功能的亚波长光栅结构难以大面积制备且制备流程复杂的问题，从而达到便于高质量的长程有序制备，制备产品均匀性好、多参数可调，制备的结构具有显著的大角度宽频段光能存储及非线性谐波偏振增强特性，其可在0°至60°入射角度范围内实现350至600纳米（即大部分可见光频段）的完美光能吸收（即光吸收效率接近100%），同时SHG信号放大相较于金属-介质光栅复合结构可增强达三倍左右并具有显著的入射偏振激发和辐射偏振选择特性。在工艺上，采用硅片为样品基底，为未来运用于微电子行业产业化提供了可能。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1为本申请的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构的示意图；
图2为本申请的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构的扫描电子显微镜（SEM）俯视图；
图3为本申请的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构的SEM侧视图；
图4为本申请的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构中氧化铝介质隔绝层 厚度为20纳米（记为ASI(20)G）时在给定偏振（记为P polarization，即为图11中所述的
Figure 157450DEST_PATH_IMAGE001
=90°）条件下随入射光角度变化（0°至60°）的角分辨反射光谱图；
图5为本申请的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构中氧化铝介质隔绝层厚度为10纳米（记为ASI(10)G）时在给定偏振（P polarization）条件下随入射光角度变化（0°至60°）的角分辨反射光谱图；
图6为本申请的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构中氧化铝介质隔绝层厚度为1纳米（记为ASI(1)G）时在给定偏振（P polarization）条件下随入射光角度变化（0°至60°）的角分辨反射光谱图；
图7为本申请的亚波长光栅结构中氧化铝介质隔绝层厚度为0纳米（记为ASG）时在给定偏振（P polarization）条件下随入射光角度变化（0°至60°）的角分辨反射光谱图；
图8为本申请的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构的光学耦合模式特性示意图；
图9为本申请中具有不同氧化铝介质隔绝层厚度（包括0纳米、1纳米、10纳米）的亚波长光栅结构在给定偏振（P polarization）和入射光角度（0°，记为Normal Incidence）条件下实验测得的反射光谱图；
图10为本申请的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构在非线性光学表征实验中所测得的SHG信号的功率依赖关系图；
图11为本申请在偏振极化测试中入射/出射偏振角度与亚波长光栅结构取向关系的示意图；
图12为本申请的ASG结构的SHG信号随入射/出射偏振角度调控变化的极化分布图；
图13为本申请的ASI(1)G结构的SHG信号随入射/出射偏振角度调控变化的极化分布图；
图14为本申请的ASI(10)G结构的SHG信号随入射/出射偏振角度调控变化的极化分布图；
图15为本申请的ASI(20)G结构的SHG信号随入射/出射偏振角度调控变化的极化分布图；
图16为本申请的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明的实施例中提出了一种具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构，该亚波长光栅结构为多层结构，包括从下至上依次设置的硅基底、第一铝金属薄膜层、介质隔绝层和介质光栅层，具体的，介质隔绝层的厚度为1-20纳米，介质隔绝层为氧化铝或氧化锌。第一铝金属薄膜层的厚度大于或等于60纳米。介质光栅层设有以周期宽度周期性间隔设置的脊部，相邻两个脊部之间设有沟槽，脊部的周期宽度远小于入射光的波长，具体的，沟槽的宽度小于或等于130纳米，脊部的宽度大于或等于50纳米，高度小于或等于60纳米。作为优选，入射光波长为350-600纳米，入射光的入射角为0-60°。
在具体的实施例中，介质光栅层的脊部的顶部和侧壁以及沟槽的底部覆盖有第二铝金属薄膜层，第二铝金属薄膜层具有非均匀厚度。具体的，在脊部的顶部的第二铝金属薄膜层的厚度大于或等于40纳米，在脊部的侧壁上的第二铝金属薄膜层的厚度小于或等于5纳米，在沟槽上的第二铝金属薄膜层的厚度大于或等于40纳米。
下面以具体的实施例对本方案进行说明。
实施例一
以氧化铝薄膜层作为介质隔绝层为例，提出了一种具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构，参考图1，H1为介质光栅层的脊部高度，H1=60纳米，H2为介质光栅层的脊部的第二铝金属薄膜层的厚度，H2=40纳米，H3为介质光栅层的侧壁上的第二铝金属薄膜层的厚度，H3小于等于5纳米，H4为采用氧化铝薄膜层的厚度，其中H4=1纳米，记为ASI(1)G，H5为硅基底上的第一铝金属薄膜层的厚度，H5=200纳米。如图2所示，亚波长光栅结构位于x-y平面内且在大面积范围内均一可重现，周期宽度P为180纳米。
实施例二
本申请的实施例二与实施例一的区别在于，介质隔绝层的厚度不一样，氧化铝薄膜层的厚度H4=10纳米，记为ASI(10)G。
实施例三
本申请的实施例三与实施例一的区别在于，介质隔绝层的厚度不一样，氧化铝薄膜层的厚度H4=20纳米，记为ASI(20)G。如图3所示的亚波长光栅结构具有多层结构，其中分别蒸镀沉积到介质光栅层的脊部顶部和侧壁且具有不同厚度的第二铝金属薄膜层、氧化铝薄膜层（20纳米）和第一铝金属薄膜层（200纳米）清晰可分辨。
对比例
对比例中无介质隔绝层，氧化铝薄膜层的厚度H4=0纳米，记为ASG。
具体的，可采用角分辨光谱采集系统（配备汞灯和氘灯光源、电机控制入射/出射臂、五维精密调节平台）对本申请的实施例的亚波长光栅结构进行室温给定偏振条件下，入射光角度变化范围为0°至60°的原位角分辨反射光谱检测；采用共聚焦显微光谱采集系统（配备飞秒激光器：Origami-10 XP\400fs\1028nm、EMCCD相机：iXon Ultra 888、单色光谱仪：Andor SR500）对本申请的实施例的亚波长光栅结构进行室温下的SHG信号检测，包括：测得信号的功率依赖关系、不同介质隔绝层厚度样品间的信号偏振依赖极化分布关系及绝对强度对比关系；采用扫描电子显微镜成像技术表征样品结构信息。
根据实施例与对比例的比较可知：如图4-9所示，逐步增加介质隔绝层的厚度（如H4=10纳米、20纳米），亚波长光栅结构中的光传输过程相位延迟增大，且随着入射光角度的增大（由0°到60°），其对应的相位延迟现象愈发明显，从而共振模式对应波长随入射光角度增大而发生蓝移，如图4和5所示。值得注意的是，此类由于相位延迟导致的角分辨共振波长蓝移现象发生在介质隔绝层厚度较大时，如H4大于等于10纳米，表明结构反射吸收效率的变化由介质隔绝层中诱导产生的泄露模式（Leaky Modes）主导；作为对比，当介质隔绝层厚度较小时，如H4小于等于5纳米，此时主导结构反射吸收率变化的共振模式为准布拉格等离激元模式（Quasi-Bragg Plasmon Modes），如图6所示，其可证明具有角分辨共振波长红移现象，如图7所示。在所制备的亚波长光栅结构中，泄露模式和准布拉格等离激元模式在空间中相互耦合，如图8所示，进而在介质隔绝层厚度逐渐增大以至于泄露模式逐渐起主导作用时，其对应结构的反射效率逐渐降低（达到0%）且作用频段发生明显展宽，其在0°至60°入射角度范围内最大可覆盖350至600纳米即大部分可见光频段，如图9所示。同时，基于200纳米厚度的第一铝金属薄膜层的存在，此类结构中无透射效应，因而根据公式A=1-R，其中A为吸收效率，R为反射效率，该亚波长光栅结构在大角度宽频段范围内对应的光能吸收效率接近100%。
如图10所示，测得的信号强度（@514nm）与入射光（@1028nm）平均功率的平方依赖关系可用于检测测试信号的真实性及其非线性特性，进而验证本申请的实施例的亚波长光栅结构能够有效诱导产生非线性二次谐波效应。
如图11-15所示，ASIG结构相较于ASG结构的SHG信号增强可接近三倍，且同样具有显著的入射偏振激发和辐射偏振选择特性。
参考图16，本申请的实施例还提出了一种根据上述的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供硅基板，在硅基板表面蒸镀第一铝金属薄膜层。
具体的，步骤S1具体包括：
S11，清洗硅基板表面：将高纯度单晶硅基板浸入NH4、H2O2、H2O的混合溶液中，在300℃下煮沸30分钟，并用超纯水和乙醇循环清洗三次后待用；
S12，运用电子束蒸镀技术，在电子束蒸镀样品室中，通过控制蒸镀时间使得铝金属材料以垂直角度溅射到硅基板表面，形成致密均匀的具有200纳米厚度的第一铝金属薄膜层；
S2，采用原子层沉积工艺在第一铝金属薄膜层表面沉积介质隔绝层。具体的，通过控制原子层沉积时间，使得不同厚度的氧化铝等材料以垂直角度沉积到第一铝金属薄膜层表面，形成不同厚度的介质隔绝层。
S3，在介质隔绝层表面旋涂光刻胶，采用纳米压印光刻工艺将模板上的纳米光栅结构图案转移到光刻胶上，得到纳米光栅结构，蚀刻去除纳米光栅结构中的残胶层，形成介质光栅层，介质光栅层设有以周期宽度周期性间隔设置的脊部，相邻两个脊部之间设有沟槽。
在具体的实施例中，采用EITRE-6纳米压印光刻系统将镍模板上周期为180纳米，线宽为60纳米的纳米光栅结构图形转移到光刻胶上，步骤S3具体包括：
将光刻胶旋涂在介质隔绝层表面，厚度控制在60纳米，光刻胶的型号为TU7-60（Obducat Technologies A B, Sweden）。
将模板的纳米光栅结构图案通过加热加压复制转移到高分子聚碳酸酯软膜上，在高分子聚碳酸酯软膜上获得与纳米光栅结构图案互补的图形；具体的，将镍模板上的图案在温度150℃，压力40bar，持续3分钟的条件下复制转移到高分子聚碳酸酯软膜（Intermediate Polymer Sheet, IPS, Obducat Technologies A B, Sweden）上，在高分子聚碳酸酯软膜上获得与镍模板互补的图形。
将高分子聚碳酸酯软膜上的图形在加热加压及紫外线曝光的条件下完全转移到光刻胶上，在光刻胶上获得与模板的纳米光栅结构图案相同的纳米光栅结构；具体的，将IPS作为软模板，在温度65℃、压力30bar、持续5分钟、紫外曝光1分钟的条件下，将IPS软模版上的图形完全转移到TU7-60光刻胶上，此时即可在光刻胶上获得与镍模板完全相同的纳米光栅结构图形。
采用微波等离子体刻蚀（Q150, Alpha, Germany）工艺去除纳米光栅结构的沟槽中的残胶层，在腔体内通入流量为30sccm的氧气，流量为50sccm的氩气，腔体压强为50Pa，功率为60W，持续时间为1分钟，最终得到介质光栅层。随后，用去离子水冲洗，烘干以待蒸镀。
S4，采用蒸镀工艺在介质光栅层的脊部的顶部和侧壁以及沟槽的底部分别制作不同厚度的第二铝金属薄膜层；具体的，运用电子束蒸镀技术，在电子束蒸镀样品室中，通过控制蒸镀时间，以垂直角度蒸镀铝金属材料到结构表面，并在介质光栅层的、部顶部和侧壁以及沟槽的底部分别形成不同厚度但致密均匀的第二铝金属薄膜层。
上述步骤S2中得到的介质隔绝层的厚度可分别为1纳米、10纳米和20纳米。
以上所述步骤S3中纳米压印成型的介质光栅层的脊部高度为60纳米，脊部平均宽度为50纳米，沟槽平均宽度为130纳米，脊部周期宽度为180纳米。以上所述步骤S4中蒸镀沉积到介质光栅脊部的顶部和侧壁以及沟槽的底部的金属材料为铝，其在脊部的顶部和沟槽的底部形成厚度为40纳米的致密均匀的第二铝金属薄膜层，在侧壁上形成厚度小于等于5纳米的第二铝金属薄膜层。
以上所述步骤S4中蒸镀第二铝金属薄膜层后成型的亚波长光栅结构的脊部平均宽度小于等于60纳米，沟槽平均宽度大于等于120纳米，光栅周期宽度为180纳米。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，本申请的实施例的亚波长光栅结构在可调控光吸收器件以及非线 性光学功能器件方向，特别是在有效诱导产生和灵活调控非线性光学谐波效应上极具应用 前景，其中本申请的实施例的亚波长光栅结构具有多层结构，可利用辐射频段（如谐波发射 波段）的泄露模式和准布拉格等离激元模式间的空间耦合实现高效光能吸收和对外辐射耦 合，所测得的SHG信号相较于倍频频段共振模式“关闭”状态（即ASG中共振模式频率与辐射 频段不匹配）可实现三倍左右增强。本申请的实施例的亚波长光栅结构在给定辐射偏振（设 定为
Figure 621930DEST_PATH_IMAGE001
=90°）条件下，旋转入射偏振激发其所测得的谐波信号最强点均出现于
Figure 962912DEST_PATH_IMAGE001
=90°（即 垂直于光栅沟槽方向），可验证此类结构的SHG信号具有显著的入射偏振激发和辐射偏振选 择特性。本申请的实施例的亚波长光栅结构在表面等离激元应用领域有着广泛的应用前 景，特别是由于铝储备丰富、价格低廉且工作波段不受可见及近红外光谱范围的限制，此类 光栅结构有望成为宽光谱吸收和完美/彩虹陷光功能纳米结构。该功能纳米阵列结构的形 貌参数，包括纳米光栅周期、介质光栅脊部宽度和可覆盖金属薄膜厚度、介质隔绝层厚度、 溅射金属材料种类、厚度等多参数灵活可调，且可大面积制备；若溅射金属采用铝等储备丰 富、价格低廉的金属，则可进一步降低成本。若介质隔绝层采用氧化锌、石墨烯、氮化硼、氧 化钼、二硫化钼等半导体或二维材料，则可进一步利用以上半导体或二维材料具有较大本 征非线性极化率系数的优势，提高该结构的非线性频率上转换效率，拓展其在非线性光学 功能器件和纳米集成光电子学领域的发展和应用。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，能够解决现有纳米结构加工领域中具有先进光学功能的亚波长光栅结构难以大面积制备且制备流程复杂的问题，从而达到便于高质量的长程有序制备，制备产品均匀性好、多参数可调，制备的结构具有显著的大角度宽频段光能存储及非线性谐波偏振增强特性，其可在0°至60°入射角度范围内实现350至600纳米（即大部分可见光频段）的完美光能吸收（即光吸收效率接近100%），同时SHG信号放大相较于金属-介质光栅复合结构可增强达三倍左右并具有显著的入射偏振激发和辐射偏振选择特性。在工艺上，采用硅片为样品基底，为未来运用于微电子行业产业化提供了可能。
以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词“一”或“一个”并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。

Claims (7)

1.一种具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构，其特征在于，包括从下至上依次设置的硅基底、第一铝金属薄膜层、介质隔绝层和介质光栅层，所述介质光栅层设有以周期宽度周期性间隔设置的脊部，相邻两个脊部之间设有沟槽，所述脊部的周期宽度远小于入射光的波长，所述介质光栅层的脊部的顶部和侧壁以及沟槽的底部覆盖有第二铝金属薄膜层，所述第二铝金属薄膜层具有非均匀厚度，所述介质隔绝层为氧化铝，厚度为1-20纳米，所述亚波长光栅结构在0°至60°入射角度范围内实现350至600纳米的光吸收效率接近100%。
2.根据权利要求1所述的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构，其特征在于，所述沟槽的宽度小于或等于130纳米，所述脊部的宽度大于或等于50纳米，高度小于或等于60纳米。
3.根据权利要求1所述的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构，其特征在于，在所述脊部的顶部的所述第二铝金属薄膜层的厚度大于或等于40纳米，在所述脊部的侧壁上的所述第二铝金属薄膜层的厚度小于或等于5纳米，在所述沟槽上的所述第二铝金属薄膜层的厚度大于或等于40纳米。
4.根据权利要求1所述的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构，其特征在于，所述第一铝金属薄膜层的厚度大于或等于60纳米。
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，提供硅基板，在所述硅基板表面蒸镀第一铝金属薄膜层；
S2，采用原子层沉积工艺在所述第一铝金属薄膜层表面沉积介质隔绝层；
S3，在所述介质隔绝层表面旋涂光刻胶，采用纳米压印光刻工艺将模板上的纳米光栅结构图案转移到所述光刻胶上，得到纳米光栅结构，蚀刻去除所述纳米光栅结构中的残胶层，形成介质光栅层，所述介质光栅层设有以周期宽度周期性间隔设置的脊部，相邻两个脊部之间设有沟槽；
S4，采用蒸镀工艺在所述介质光栅层的脊部的顶部和侧壁以及沟槽的底部分别制作不同厚度的第二铝金属薄膜层。
6.根据权利要求5所述的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
将所述光刻胶旋涂在所述介质隔绝层表面；
将所述模板的纳米光栅结构图案通过加热加压复制转移到高分子聚碳酸酯软膜上，在高分子聚碳酸酯软膜上获得与纳米光栅结构图案互补的图形；
将高分子聚碳酸酯软膜上的图形在加热加压及紫外线曝光的条件下完全转移到所述光刻胶上，在所述介质隔绝层上获得与所述模板的纳米光栅结构图案相同的纳米光栅结构；
采用微波等离子体刻蚀工艺去除纳米光栅结构的沟槽中的残胶层，并设置不同的实验条件，在腔体内通入流量为20-40sccm的氧气，固定氩气的流量为50sccm，腔体压强为50Pa，功率为50-70W，持续时间为50-70秒，得到介质光栅层。
7.一种根据权利要求1-4中任一项所述的具有宽频段光能存储特性的亚波长光栅结构在可调控光吸收器件以及非线性光学功能器件上的应用。
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