CN104865628A - 类螺旋金属手性超材料圆偏振器 - Google Patents

类螺旋金属手性超材料圆偏振器 Download PDF

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王少伟
冀若楠
刘星星
陈飞良
陆卫
陈效双
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Abstract

本发明公开了一种类螺旋金属手性超材料圆偏振器，包括衬底、与基底牢固结合的透明介质间隔层和嵌埋在透明介质间隔层内的类螺旋金属手性微结构阵列；微结构阵列包括N个周期排列的微结构单元，1＜N≤106；微结构单元包括m个上下堆叠同尺寸包含角度为θ的金属圆弧，围绕同一中心旋转排列，上层金属圆弧较下层金属圆弧旋转θ角度，10°≤θ≤180°，且满足360/θ+1≤m≤10，经金属圆柱连接上下层金属圆弧的末端组成类螺旋形；相比于传统圆偏振器，体积小、波段宽、消光比高，可实现微型圆偏振阵列制备，甚至可与线偏结构单片集成，为全Stokes矢量实时偏振成像探测提供核心偏振器件，适合于偏振成像探测、显示和激光等领域。

Description

类螺旋金属手性超材料圆偏振器
技术领域
本发明涉及一种圆偏振器，具体涉及一种类螺旋金属手性超材料圆偏振器。
背景技术
偏振成像技术一方面能提供辐射测量不能提供的物体和物质的偏振信息,另一方面具有比辐射测量更高的准确度。利用偏振图像可以和灰度图像一样对自然目标进行区别和特性表征,在气象环境科学研究、海洋的开发利用、空间探测、生物医学以及军事等方面均有重要的应用,是一种新的信息分析手段,具有很多传统方法所不具备的优点。
人眼和一般探测器都是“偏振盲”，在没有任何辅助技术帮助的情况下人眼和探测器是不能够直接“感知”偏振的信息。对景物光波偏振态进行分解、扫描和角度编码的偏振光学元件是偏振探测成像***中的核心器件，是实现偏振探测的关键。一般采用Stocks矢量对偏振光的状态进行描述，全Stokes矢量实时偏振探测是将不同方向的线偏振和圆偏振元件集成形成全Stocks超偏振探测单元阵列，再和探测器阵列集成形成全Stokes矢量偏振探测器，从而可以同时实现对不同方向圆偏振和线偏振信息的探测，相较于传统分立偏振探测技术，不仅***更紧凑、稳定性和可靠性更高，而且可以实现分立偏振探测技术无法实现的实时探测和动态目标探测，因此被认为是偏振探测的高级形式。目前，采用亚波长金属偏振光栅阵列与探测器阵列集成形成集成线偏振探测器已有相关报道，而同时集成线偏振元件和圆偏振元件的全Stokes集成偏振探测器则鲜有报道。
目前，利用线偏振器与四分之一波片是最常见的实现和调控圆偏振光方法。但这样的器件在使用时必须对经过线偏振器的输入输出光进行汇聚和准直，同时要保证线偏振器和四分之一波片相互连接时的精确对准；***是由分立器件组成，不仅使整个***损耗大大增加，而且***的不稳定性也大大增加，体积也较大，集成困难；四分之一波片工作波长范围较窄，无法获得宽波长范围的圆偏振光。最关键的是无法与线偏振结构单片集成，共同构成可实现全Stokes矢量探测的偏振阵列器件。
利用胆甾液晶的电控双折射特性以及螺旋状光纤的手性结构也可以获得及调控圆偏振光，但受胆甾液晶材料和螺旋状光纤自身性能的限制，这两种圆偏振器的工作范围也都较窄，极大地限制了其应用。不仅与线偏振单片器件的制备工艺不兼容，而且要获得合适的工作范围，需要增加螺旋圈数，从而造成器件太厚难以集成，因此，也无法成为全Stokes矢量探测的偏振阵列器件。
手性超材料是一类对称性缺失的人工超构材料，研究发现，手性超材料的圆二向色性(即对左旋和右旋圆偏振光有不同的响应)可以超过天然材料几个数量级，因而手性超材料作为一种新型的圆偏振器候选者开始受到广泛关注。
2009年9月，德国卡尔斯鲁厄大学的研究人员首先提出采用Au螺旋手性超材料获得宽波段的圆偏振光，工作范围在3.5μm-6.5μm，见Justyna K.Ganselet.al.Circle Polarizer Gold Helix Photonic Metamaterial as Broadband,Science325,1513(2009)。他们制备的方法是首先采用激光束直写技术对光刻胶进行阳刻，随后通过电化学沉积的方法，把金均匀沉积在螺旋状空气隙内，随后完全移除光刻胶从而获得单螺旋状的金线栅。与传统方法相比，采用这种螺旋结构工作波段宽，但受激光束聚焦光斑大小的限制，难以制备纳米尺寸器件。而且，该制备过程工艺复杂，特别是激光束直写速度慢，不仅难以实现大规模制备，而且激光直写方法所形成的圆偏振结构难以与其他线偏振结构实现单片集成，共同构成可进行全Stokes矢量实时偏振探测的阵列器件。
发明内容
本发明的目的在于提出一种类螺旋金属手性超材料圆偏振器，解决传统圆偏振器工作波长范围窄，难以与其他线偏振结构单片集成形成全Stokes矢量偏振探测器件的问题。
本发明的类螺旋金属手性超材料圆偏振器，其结构为：在衬底1正面由下到上依次为与基底牢固结合的透明介质间隔层2和嵌埋在透明介质间隔层内的类螺旋金属手性微结构阵列3。
所述的衬底1的材料为熔融石英玻璃或K9玻璃或ZK6玻璃或BAK玻璃光学玻璃或宝石或硅片或锗片；
所述的透明介质间隔层2的材料为适用于真空镀膜或磁控溅射镀膜工艺生长的SiO2或SiO或MgO或Al2O3或MgF2或ZnS。
所述的微结构阵列3包括N个呈周期性阵列排列的微结构单元，1＜N≤106；微结构单元包括m个上下堆叠部分金属圆弧，每个金属圆弧的尺寸和包含角度θ相同，围绕同一中心轴旋转排列，上层金属圆弧较下层金属圆弧旋转θ角度，10°≤θ≤180°，且满足360/θ+1≤m≤10，经金属圆柱连接上下层金属圆弧的末端组成类螺旋形；所述的金属圆弧和圆柱的材料为具有表面等离子体共振特性的Au或Ag或Cu或Pt或Al，各个金属圆弧和圆柱的材料是同一种金属材料或不同种金属材料。当所选金属材料与透明介质间隔层粘附性较差时，需要在金属弧或金属柱与透明介质间隔层镀上一层薄的Ti或者Cr金属粘结层。金属手性微结构阵列3的单元尺寸为：x和y方向周期均为p＝n*(200～220)nm，两层之间间隔厚度d＝n*(45～55)nm，金属圆弧半径r＝n*(75～80)nm，宽度w＝n*(15～25)nm，外径ro＝r+w/2nm，内径ri＝r-w/2nm，厚度t＝n*(30～40)nm，金属弧及金属柱与介质间隔层之间均镀有厚度为tb＝0～20nm的粘结层。其中，p＞2*ro，n的取值范围为1≤n≤10。
本发明的类螺旋金属手性超材料圆偏振器的基本原理是：对于类螺旋结构，只有当入射电磁波的极化方向与螺旋的旋向匹配时(例如左旋圆偏振光与左旋螺旋)，才会在螺旋线上产生较强的感应电流，且电流以驻波的形式在螺旋线中传输，入射光被螺旋线“接收”而不能透过；反之，当极化方向不匹配的圆偏振光入射时，螺旋线上产生的电流则非常微弱，几乎可以忽略不计，大部分入射光都可以透过器件。这样通过调整类螺旋结构的旋向，类螺旋手性金属超材料圆偏振器就实现了对左右旋圆偏振光的选择性透过。器件的宽工作波段则源于结构及尺寸的特殊设计，每一个金属开口弧都可以看作是一个微小的共振电磁体，在匹配圆偏振入射光场的诱导下，圆弧上会产生环型和振荡型的电流，导致局部的磁场增强，产生电磁共振，这样在频谱上就会产生一个尖锐共振峰，共振峰所在波长处就会呈现出较低的透过率。层数增加，就会出现多个尖锐共振峰，不同方向圆弧的共振峰位置不同，内部共振峰的相互交叠就会形成一个透过率更低，波段更宽的偏振禁带。而一个纵向周期的类螺旋可以看作一个手征晶体，当宽带的脉冲光入射到晶体上时，由于布拉格反射，就会在频谱上产生另外一个尖锐共振峰。因此当圆偏振器包含层数m≥360/θ+1(θ为金属弧包含角度)时，内部共振峰与布拉格共振峰会同时出现，从而交叠形成一个更宽的偏振禁带，获得宽的工作波段。包含层数越多，则对旋向匹配的圆偏振光透过的抑制作用越强，从而可以获得更高的消光比。结构尺寸增大，则对应共振波长红移，工作波段也随之红移。
本发明的优点是：
1、类螺旋金属手性超材料圆偏振器由于特殊的结构设计能同时获得交叠的内部共振峰和布拉格共振峰，对左旋(或右旋)圆偏振光存在一个宽的偏振禁带，而对右旋(或左旋)圆偏振光则光学透明，因此可获得宽的工作波段。
2、相较于线偏振器与四分之一波片组成的分立圆偏振器件以及胆甾液晶的电控双折射特性或螺旋状光纤等手性结构，类螺旋金属手性超材料圆偏振体积小，稳定性及可靠性高，且集成度高，可实现单片集成微型圆偏振阵列的制备。
3、类螺旋金属手性超材料圆偏振器可采用电子束直写技术完成器件制备，相较于采用激光束直写制备的金属螺旋圆偏振器，不仅可实现可见、近红外波段器件的制备，而且与线偏振器件的制备工艺兼容性好，可实现与线偏结构单片集成，从而为全Stokes矢量实时偏振成像探测提供核心光学器件。
附图说明
图1为类螺旋手性金属超材料圆偏振器的立体示意图。
图2(a)为类螺旋手性金属超材料的单元结构示意图；图2(b)为类螺旋手性金属超材料的单元结构俯视图。
图3为类螺旋手性金属超材料的制备工艺流程图(a)衬底准备(b)电子束蒸发镀透明介质层(c)电子束直写出圆弧图形(d)刻蚀透明介质层(e)电子束蒸发镀金属(f)剥离去胶制备出第一层金属弧(g)电子束蒸发镀透明介质层(h)电子束直写出圆柱图形(i)电子束蒸发镀金属(j)剥离去胶制备出第一层金属圆柱(k)完成剩余各层制备。
图4为实施例1中类螺旋手性金属超材料圆偏振器的左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)透过率和消光比曲线。
图5为实施例2中类螺旋手性金属超材料圆偏振器的左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)透过率和消光比曲线。
图6为实施例3中类螺旋手性金属超材料圆偏振器的左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)透过率和消光比曲线。
图7为实施例4中类螺旋手性金属超材料圆偏振器的左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)透过率和消光比曲线。
具体实施方式
为了便于说明，下面将以工作在红外波段的四层左旋类螺旋手性金属超材料圆偏振器为例，结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：
如图1和图2所示，本发明所述的类螺旋手性金属超材料圆偏振器，在衬底1正面由下到上依次为与衬底牢固结合的透明介质间隔层2和嵌埋在透明介质间隔层内的类螺旋金属手性微结构阵列3。微结构阵列3包括N个呈周期性阵列排列的微结构单元，1＜N≤106；微结构单元包括四个上下堆叠包含角度为θ的Au圆弧，分别为第一层Au弧311、第二层Au弧312、第三层Au弧313和第四层Au弧314，每个Au弧尺寸和间隔高度相同均相同，且绕同一中心轴旋转排列，上层Au圆弧较下层Au圆弧顺时针旋转θ角度，下层Au弧末端与相邻的上层Au弧的首端分别通过一个直径为Au弧宽度的Au圆柱(分别为第一层Au柱321、第二层Au柱322和第三层Au柱323)上下相连组成类螺旋形；俯视结构单元呈一完整圆弧形状，第四层Au弧314与第一层Au弧311重叠。
如图3所示，本发明所述的类螺旋手性金属超材料圆偏振器的具体制备步骤如下：
1、首先硅衬底上沉积50～150nm的金属对准标记，然后通过电子束蒸发工艺根据设计尺寸沉积一层厚度为d+t+tb的SiO薄膜；
2、在步骤1得到的薄膜上均匀旋涂1.2～3倍所需刻蚀厚度的PMMA或ZAP电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺形成第一层部分圆弧胶图形，随后采用ICP刻蚀工艺刻蚀掉厚度为t+tb的SiO，将图形转移到SiO间隔层上。通过电子束蒸发工艺依次沉积厚度为tb的Ti粘结层和厚度为t的Au，剥离去胶完成第一层Au弧的制备；
3、在步骤2得到的结构上采用电子束蒸发工艺沉积厚度为d的SiO薄膜，均匀旋涂1.2～3倍所需刻蚀厚度的PMMA或ZAP电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺套刻形成第二层连接圆柱图形。通过电子束蒸发工艺依次沉积厚度为tb的Ti和厚度为d的Au，剥离去胶完成第一层和第二层之间Au连接圆柱的制备。随后，采用电子束蒸发工艺沉积厚度为t+tb的SiO薄膜；
4、在步骤3得到的结构上，重复步骤2和步骤3，完成其余三层Au弧和层间连接Au柱的制备，获得类螺旋手性金属超材料圆偏振器。
实施例一
见图2，本实施例的类螺旋手性金属超材料圆偏振器的包含K9玻璃衬底1，与衬底牢固结合的SiO2间隔层2和嵌埋在SiO2间隔层内的四层类螺旋铝微结构阵列3。x和y方向周期均为p＝200nm，两层之间间隔层厚度d＝45nm，四个上下堆叠包含角度为120°的部分铝圆弧，每个铝弧尺寸和间隔高度相同均为内径ri＝57nm，外径ro＝93nm，厚度t＝35nm，且绕同一中心轴旋转排列，上层铝弧较下层铝弧顺时针旋转120°，下层铝弧末端与相邻的上层铝弧的首端通过一个半径rc＝18nm的铝圆柱上下相连组成类螺旋形；俯视结构单元呈一完整圆弧形状，第四层铝弧与第一层铝弧重叠，铝弧及铝柱与介质间隔层之间均镀有5nm的Ti粘结层。
上述类螺旋手性金属超材料圆偏振器的具体制作方法，包括以下步骤：
1.首先在K9玻璃衬底上沉积100nm的金属对准标记，然后通过电子束蒸发工艺沉积85nm厚的SiO2薄膜。
2.在步骤1得到的薄膜上均匀旋涂100nm的PMMA电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺形成第一层部分圆弧胶图形，随后采用ICP刻蚀工艺刻蚀掉40nm的SiO2，将图形转移到SiO2间隔层上。通过电子束蒸发工艺依次沉积5nmTi粘结层和35nm Au，剥离去胶完成第一层Au弧的制备。
3.在步骤2得到的结构上采用电子束蒸发工艺沉积45nm厚的SiO2薄膜，均匀旋涂100nm的PMMA电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺套刻形成第二层连接圆柱图形。通过电子束蒸发工艺依次沉积5nm Ti和40nm Al，剥离去胶完成第一层和第二层之间Al连接圆柱的制备。随后，采用电子束蒸发工艺沉积40nm厚的SiO2薄膜。
4.在步骤3得到的结构上，重复步骤2和步骤3，完成其余3层Al弧和层间连接Al柱的制备，获得类螺旋手性金属超材料圆偏振器。
图4是本实施例所述类螺旋手型金属圆偏振器的透射谱，图中实心方形曲线代表左旋圆偏振光的透过率，空心圆形曲线代表右旋圆偏振光的透过率，本实施例的工作波长范围为：1.2μm-2.2μm，右旋圆偏振光最大透过率65.3％，最大消光比7.8:1。
实施例二
见图2，本实施例的类螺旋手性金属超材料圆偏振器的包含硅衬底1，与衬底牢固结合的SiO间隔层2和嵌埋在SiO间隔层内的四层类螺旋金属手性微结构阵列3。x和y方向周期均为p＝1280nm，两层之间间隔层厚度d＝360nm，四个上下堆叠包含角度为120°的部分Au圆弧，每个Au弧尺寸和间隔高度相同均为内径ri＝464nm，外径ro＝604nm，厚度t＝200nm，且绕同一中心轴旋转排列，上层Au圆弧较下层Au圆弧顺时针旋转120°，下层Au弧末端与相邻的上层Au弧的首端通过一个半径rc＝120nm的Au圆柱上下相连组成类螺旋形；俯视结构单元呈一完整圆弧形状，第四层Au弧与第一层Au弧重叠，Au弧及Au柱与介质间隔层之间均镀有20nm的Cr粘结层。
上述类螺旋手性金属超材料圆偏振器的制作方法，包括以下步骤：
1.首先在Si衬底上沉积100nm的金属对准标记，然后通过电子束蒸发工艺沉积550nm厚的SiO薄膜。
2.在步骤1得到的薄膜上均匀旋涂300nm的PMMA电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺形成第一层部分圆弧胶图形，随后采用ICP刻蚀工艺刻蚀掉220nm的SiO，将图形转移到SiO间隔层上。通过电子束蒸发工艺依次沉积20nm Cr粘结层和200nm Au，剥离去胶完成第一层Au弧的制备。
3.在步骤2得到的结构上采用电子束蒸发工艺沉积360nm厚的SiO薄膜，均匀旋涂500nm的ZAP电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺套刻形成第二层连接圆柱图形。通过电子束蒸发工艺依次沉积20nm Cr和340nm Au，剥离去胶完成第一层和第二层之间Au连接圆柱的制备。随后，采用电子束蒸发工艺沉积220nm厚的SiO薄膜。
4.在步骤3得到的结构上，重复步骤2和步骤3，完成其余3层Au弧和层间连接Au柱的制备，获得类螺旋手性金属超材料圆偏振器。
图5是本实施例类螺旋手型金属圆偏振器的透过率谱，图中实心方形曲线代表左旋圆偏振光的透过率，空心圆形曲线代表右旋圆偏振光的透过率，本实施例的工作波长范围为：5.5μm-11.5μm，右旋圆偏振光最大透过率65.4％，最大消光比6.0:1。
实施例三
见图2，本实施例的类螺旋手性金属超材料圆偏振器的包含Si衬底1，与衬底牢固结合的SiO间隔层2和嵌埋在SiO间隔层内的四层类螺旋金属手性微结构阵列3。x和y方向周期均为p＝2.2μm，两层之间间隔层厚度d＝550nm，四个上下堆叠包含角度为120°的部分Cu圆弧，每个Cu弧尺寸和间隔高度相同均为内径ri＝550nm，外径ro＝1.05μm，厚度t＝400nm，且绕同一中心轴旋转排列，上层Cu圆弧较下层Cu圆弧顺时针旋转120°，下层Cu弧末端与相邻的上层Cu弧的首端通过一个半径rc＝250nm的Cu圆柱上下相连组成类螺旋形；俯视结构单元呈一完整圆弧形状，第四层Cu弧与第一层Cu弧重叠。
上述类螺旋手性金属超材料圆偏振器的制作方法，包括以下步骤：
1.首先在Si衬底上沉积100nm的金属对准标记，然后通过电子束蒸发工艺沉积950nm厚的SiO薄膜。
2.在步骤1得到的薄膜上均匀旋涂500nm ZAP电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺形成第一层部分圆弧胶图形，随后采用ICP刻蚀工艺刻蚀掉400nm的SiO，将图形转移到SiO间隔层上。通过电子束蒸发工艺沉积400nm Cu，剥离去胶完成第一层Cu弧的制备。
3.在步骤2得到的结构上采用电子束蒸发工艺沉积550nm厚的SiO薄膜，均匀旋涂600nm的ZAP电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺套刻形成第二层连接圆柱图形。通过电子束蒸发工艺沉积550nm Cu，剥离去胶完成第一层和第二层之间Cu连接圆柱的制备。随后，采用电子束蒸发工艺沉积400nm厚的SiO薄膜。
4.在步骤3得到的结构上，重复步骤2和步骤3，完成其余3层Cu弧和层间连接Cu柱的制备，获得类螺旋手性金属超材料圆偏振器。
图7是本实施例类螺旋手型金属圆偏振器的透过率谱，图中实心方形曲线代表左旋圆偏振光的透过率，空心圆形曲线代表右旋圆偏振光的透过率，本实施例的工作波长范围为：8.0μm-18.5μm，右旋圆偏振光最大透过率56.8％，最大消光比7.1:1。
实施例四
见图2，本实施例的类螺旋手性金属超材料圆偏振器的包含硅衬底1，与衬底牢固结合的SiO间隔层2和嵌埋在SiO间隔层内的十层类螺旋金属手性微结构阵列3。x和y方向周期均为p＝600nm，两层之间间隔层厚度d＝195nm，四个上下堆叠包含角度为120°的部分Au圆弧，每个Au弧尺寸和间隔高度相同均为内径ri＝182nm，外径ro＝302nm，厚度t＝100nm，且绕同一中心轴旋转排列，上层Au圆弧较下层Au圆弧顺时针旋转120°，下层Au弧末端与相邻的上层Au弧的首端通过一个半径rc＝60nm的Au圆柱上下相连组成类螺旋形；俯视结构单元呈一完整圆弧形状，第四层、第七层和第十层Au弧与第一层Au弧重叠，Au弧及Au柱与介质间隔层之间均镀有5nm的Ti粘结层。
上述类螺旋手性金属超材料圆偏振器的制作方法，包括以下步骤：
1.首先在Si衬底上沉积100nm的金属对准标记，然后通过电子束蒸发工艺沉积300nm厚的SiO薄膜。
2.在步骤1得到的薄膜上均匀旋涂300nm PMMA电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺形成第一层部分圆弧胶图形，随后采用ICP刻蚀工艺刻蚀掉105nm的SiO，将图形转移到SiO间隔层上。通过电子束蒸发工艺依次沉积5nmTi粘结层和100nm Au，剥离去胶完成第一层Au弧的制备。
3.在步骤2得到的结构上采用电子束蒸发工艺沉积195nm厚的SiO薄膜，均匀旋涂400nm PMMA电子束抗蚀剂，通过电子束曝光工艺套刻形成第二层连接圆柱图形。通过电子束蒸发工艺依次沉积5nm Ti和190nm Au，剥离去胶完成第一层和第二层之间Au连接圆柱的制备。随后，采用电子束蒸发工艺沉积105nm厚的SiO薄膜。
4.在步骤3得到的结构上，重复步骤2和步骤3，完成其余3层Au弧和层间连接Au柱的制备，获得类螺旋手性金属超材料圆偏振器。
图7是本实施例类螺旋手型金属圆偏振器的透过率谱，图中实心方形曲线代表左旋圆偏振光的透过率，空心圆形曲线代表右旋圆偏振光的透过率，本实施例的工作波长范围为：3.0μm-6.5μm，右旋圆偏振光最大透过率70.0％，最大消光比18.2:1。

Claims (1)

1.一种类螺旋金属手性超材料圆偏振器，其结构为：在衬底(1)正面由下到上依次为与基底牢固结合的透明介质间隔层(2)和嵌埋在透明介质间隔层内的类螺旋金属手性微结构阵列(3)；其特征在于：
所述的衬底(1)的材料为熔融石英玻璃、K9玻璃、ZK6玻璃、BAK玻璃光学玻璃、宝石或者硅片、锗片；
所述的透明介质间隔层(2)的材料为适用于真空镀膜或磁控溅射镀膜工艺生长的SiO2或SiO或MgO或Al2O3或MgF2或ZnS。
所述的微结构阵列(3)包括N个呈周期性阵列排列的微结构单元，1＜N≤106；微结构单元包括m个上下堆叠部分金属圆弧，每个金属圆弧的尺寸和包含角度θ相同，围绕同一中心旋转排列，上层金属圆弧较下层金属圆弧旋转θ角度，10°≤θ≤180°，且满足360/θ+1≤m≤10，经金属圆柱连接上下层金属圆弧的末端组成类螺旋形；所述的金属圆弧和圆柱的材料为具有表面等离子体共振特性的Au或Ag或Cu或Pt或Al，各个金属圆弧和圆柱的材料是同一种金属材料或不同种金属材料。金属手性微结构阵列(3)的单元尺寸特征为：x和y方向周期均为p＝n*(200～220)nm，两层之间间隔厚度d＝n*(45～55)nm，金属圆弧半径r＝n*(75～80)nm，宽度w＝n*(15～25)nm，外径ro＝r+w/2nm，内径ri＝r-w/2nm，厚度t＝n*(30～40)nm，金属弧及金属柱与介质间隔层之间均镀有0～20nm的粘结层。其中，p＞2*ro，n的取值范围为1≤n≤10。
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