CN109116462A

CN109116462A - 一种可调节圆二色信号的微纳结构

Info

Publication number: CN109116462A
Application number: CN201811264248.3A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Zhongshan Technology Technology Co Ltd
Current assignee: Zhongshan Technology Technology Co Ltd
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2019-01-01

Abstract

本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种可调节圆二色信号的微纳结构，包括由下及上依次设置的贵金属层、第一吸收层、介质层和第二吸收层，第一吸收层和第二吸收层均为“Z”形金属结构。通过在介质层两侧分别设置第一吸收层和第二吸收层，第一吸收层和第二吸收层均为“Z”形金属结构，入射光照射时依次穿过第二吸收层和第一吸收层，经历两次透射，产生两次激励，而且在两个“Z”形金属结构之间形成强烈的耦合，增强对于入射光的吸收，通过调节双层“Z”形金属结构之间的相对夹角α，在不改变结构本身的前提下实现对圆二色信号的调节。

Description

一种可调节圆二色信号的微纳结构

技术领域

本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种可调节圆二色信号的微纳结构。

背景技术

圆二色性（Circular dichroism, 缩写CD）是涉及圆偏振光的二色性，即左旋圆偏振光（LCP）的和右旋圆偏振光（RCP）吸收的差值。左旋和右旋圆偏振光表示一个光子的两种可能的自旋角动量状态，因此圆形二色性也被称为自旋角动量的二色性。UVCD可以用来研究蛋白质的二级结构，UV/可见光CD被用于研究电荷转移跃迁，近红外CD被用于通过探测过渡金属的d→d跃迁来研究分子的几何和电子结构，但天然手性分子的圆二色性特别弱，所以要通过设计一些人造微纳结构来产生或者增强圆二色性。但目前已有的微纳结构的CD信号很难调节，这就对其应用和推广具产生了很大的限制。

发明内容

为解决目前固定微纳结构圆二色性很难调节的问题，本申请实施例提出了一种可调节圆二色信号的微纳结构，通过在介质层两侧分别设置第一吸收层和第二吸收层，第一吸收层和第二吸收层均为“Z”形金属结构，入射光照射时依次穿过第二吸收层和第一吸收层，经历两次透射，产生两次激励，而且在两个“Z”形金属结构之间形成强烈的耦合，增强对于入射光的吸收，通过调节双层“Z”形金属结构之间的相对夹角α，在不改变结构本身的前提下实现对圆二色性强度和波段的调节。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种可调节圆二色信号的微纳结构，包括由下及上依次设置的贵金属层、第一吸收层、介质层和第二吸收层；所述第一吸收层和第二吸收层均为“Z”形金属结构。

进一步地，所述第一吸收层和第二吸收层的“Z”形金属结构的中心轴在同一直线上。

进一步地，所述“Z”形金属结构包括第一矩形条、第二矩形条和第三矩形条；所述第一矩形条一端垂直连接于所述第二矩形条的一端，所述第三矩形条一端垂直连接于所述第二矩形条另一端；所述第一矩形条与所述第三矩形条在同一平面内平行。

进一步地，所述第一吸收层和第二吸收层的“Z”形金属结构具有一相对夹角α。

进一步地，所述相对夹角α为0°、30°、60°或者90°。

进一步地，所述介质层为二氧化硅材料制成；所述贵金属层为金或者银材料制成。

进一步地，所述微纳结构还包括设于贵金属层底部的基底层；所述基底层为玻璃基底。

进一步地，所述微纳结构按矩形周期排列形成阵列结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本申请实施例微纳结构，在第一吸收层和第二吸收层分别设置“Z”形金属结构，利用双层手性结构“Z”形金属结构之间形成共振耦合，以增强对于入射光的吸收，最终形成两个新的共振模式，并且该共振模式分别位于可见和近红外波段，两个信号分别位于不同的检测光区，具有较强的区分度，易于检测。

2.本申请实施例微纳结构，双层“Z”形金属结构之间的电偶极子和磁偶极子平行对应效果最大，形成最佳的耦合模式，当两层“Z”形金属结构之间的相对夹角α为不同角度时，均可以产生较强CD模式，且最大可以达到-14%和14% ，共振波段分布于可见和近红外波段，此外，除0°外，其他角度产生的两个CD信号符号一正一负，易于区分，检测灵敏度高，可用于光学器件的设计和制造，也为理论研究和近场场增强技术等领域的研究提供了新的思路。

3.本申请实施例微纳结构，在结构设计上利用双层“Z”形金属结构和贵金属层结合，相比普通手性金属结构及平面金属膜，在入射光的激发下，双层“Z”形金属结构不仅在原结构上产生电荷的集体振荡，形成强烈的吸收，而且在入射光照射时依次经历两次透射，产生两次激励，双层“Z”形金属结构之间形成新的光场耦合作用，下方设置贵金属层以增强对于透射光的吸收，从而增强本申请实施例微纳结构与入射光之间的共振与吸收，从而产生强的吸收圆二色效应。

4.本申请实施例微纳结构可通过调节第一吸收层和第二吸收层“Z”形金属结构的相对夹角α，可实现对本申请实施例微纳结构吸收圆二色性强度和频带的调控，对其强弱和峰值波段进行调控，并且可获得所需偏振态的光，如左旋偏振光或右旋偏振光，实际应用范围广泛，可进一步应用于设计偏振选择器等装置。

附图说明

图1是本申请实施例微纳结构的结构示意图；

图2是本申请实施例微纳结构双层“Z”形金属结构相对位置的示意图；

图3是本申请实施例微纳结构相对夹角α=0°时的透射光谱图；

图4是本申请实施例微纳结构相对夹角α=0°的CD光谱图；

图5是本申请实施例微纳结构相对夹角α=30°时的透射光谱图；

图6是本申请实施例微纳结构相对夹角α=30°的CD光谱图；

图7是本申请实施例微纳结构相对夹角α=60°时的透射光谱图；

图8是本申请实施例微纳结构相对夹角α=60°的CD光谱图；

图9是本申请实施例微纳结构相对夹角α=90°时的透射光谱图；

图10是本申请实施例微纳结构相对夹角α=90°的CD光谱图。

其中，图中：1、贵金属层；2、第一吸收层；3、介质层；4、第二吸收层。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种可调节圆二色信号的微纳结构，通过在介质层两侧分别设置第一吸收层和第二吸收层，第一吸收层和第二吸收层均为“Z”形金属结构，入射光照射时依次经历两次透射，产生两次激励，而且在两个“Z”形金属结构之间形成强烈的耦合，增强对于入射光的吸收，通过调节双层“Z”形金属结构之间的相对夹角α，在不改变结构本身的前提下实现对圆二色性强度和波段的调节，解决了目前固定微纳结构圆二色性很难调节的问题。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

为解决微纳结构CD信号很难调节的问题，本申请实施例公开了一种可调节圆二色信号的微纳结构，如图1所示，包括由下及上依次设置的贵金属层1、第一吸收层2、介质层3和第二吸收层4，第一吸收层2和第二吸收层4均为“Z”形金属结构。第一吸收层2和第二吸收层4的“Z”形金属结构的中心轴在同一直线上。

具体而言：

介质层3为二氧化硅材料制成，贵金属层1为金或者银材料制成。微纳结构还包括设于贵金属层1底部的基底层，基底层为玻璃基底。微纳结构按矩形周期排列形成阵列结构。

第一吸收层2与第二吸收层4之间形成共振腔，在圆偏振光的照射下产生近场耦合，激发强的电场，产生更多的不同状态的偏振光。第一吸收层2和第二吸收层4均设置为“Z”形金属结构，利用双层手性结构“Z”形金属结构之间形成的强烈耦合，以增强对于入射光的吸收，最终产生不同的共振模式，并且该共振模式分别位于可见和近红外波段，两个信号分别位于不同的检测光区，具有较强的区分度，易于检测。

本申请实施例微纳结构，在结构设计上利用双层“Z”形金属结构和贵金属层1结合，相比普通手性结构及平面金属膜，在入射光的激励下，双层“Z”形金属结构不仅在原结构上产生电荷的集体振荡，形成强烈的吸收，而且入射光在照射时依次经历两次透射，产生两次激发电场，双层“Z”形金属结构之间形成新的光场耦合作用，再利用下方设置的贵金属层1以增强对于入射光的吸收，从而增强本申请实施例微纳结构与入射光之间的共振与吸收，从而产生强的吸收圆二色效应。

如图1和图2所示，第一吸收层2和第二吸收层4的“Z”形金属结构为手性结构，在水平和垂直的两个方向上由“Z”形金属结构的第一矩形条、第二矩形条和第三矩形条组成，上下层对准形成水平方向的磁偶极子。在入射光的激励下，自身的电荷产生强烈的震荡，在介质层的两侧均设置“Z”形金属结构，第一吸收层2和第二吸收层4各层“Z”形金属结构自身上电荷震荡产生吸收，层与层之间也产生耦合以增强吸收。

尤其是共振波段，上下两层“Z”形金属结构上分别形成水平方向上的磁偶极子和电偶极子，形成的两个电偶极子在上下两层的位置重合且方向相反形成一个新的磁偶极子，且新形成的磁偶极子的两个电偶极子与之前的电偶极子垂直，且磁偶极子所在平面与电偶极子所在平面平行，使得磁偶极子与电偶极子发生强烈的耦合，产生很强的吸收CD。

“Z”形金属结构包括第一矩形条、第二矩形条和第三矩形条，第一矩形条一端垂直连接于第二矩形条的一端，第三矩形条一端垂直连接于第二矩形条另一端，第一矩形条与第三矩形条在同一平面内平行。如图2所示，第一吸收层2和第二吸收层4的“Z”形金属结构具有一相对夹角α。相对夹角α为0°、30°、60°或90°均可。

具体而言：

本申请实施例微纳结构可通过调节第一吸收层2和第二吸收层4的“Z”形金属结构的相对夹角α实现对本申请实施例微纳结构吸收圆二色性强度和频带的调控。此外也可获得所需偏振态的光，如左旋偏振光或右旋偏振光，可进一步应用于设计偏振选择器等装置，实际应用范围广泛，可用于光学器件的设计和制造，也为理论研究和近场场增强技术等领域的研究提供了新的思路。

实施例2：

为了进一步说明本申请实施例微纳结构调节圆二色信号的特性，本实施例公开了实施例1微纳结构圆二色信号随双层“Z”形金属结构的相对夹角α的变化。利用电磁仿真软件COMSOL Multiphysics进行仿真模拟模拟，具体参数如下：

第一矩形条和第三矩形条相同，参数均为：长度= 150nm，宽度为= 50nm，厚度= 40nm；第二矩形条参数为：长度= 350nm，宽度= 50nm，厚度= 40nm；介质层参数为：长度=宽度=500nm，厚度=20nm。

如图3-图10为本申请实施例微纳结构的吸收光谱图和CD光谱图，其中A+表示右旋偏振光的吸收率，A- 表示左旋偏振光的吸收率。从图中我们可以清楚的看到：

当相对夹角α= 0°时，如图3和图4所示，出现一个CD信号，为：波长λ= 850nm，A+ =31.75%，A- = 44.41%，CD = 12.65%。

当相对夹角α= 30°时，如图5和图6所示，出现两个CD信号，分别为：波长λ= 700nm，A+ = 63.34%，A- = 49.28%，CD= -14.06%；波长λ= 800nm，A+ = 31.41%，A- = 47.80%，CD =16.39% 。

当相对夹角α= 60°时，如图7和图8所示，出现两个CD信号，分别为：波长λ= 700nm，A+ = 43.22%， A- = 33.13%，CD= -10.09%；波长λ= 850nm，A+ = 29.93%，A- = 44.45%，CD= 14.52% 。

当相对夹角α= 90°时，如图9和图10所示，出现两个CD信号，分别为：波长λ=750nm，A+ =44.64%， A- = 39.41%，CD= -5.23%；波长λ= 850nm，A+ = 31.38%，A- =42.95%，CD = 11.57% 。

所以，通过调节第一吸收层2和第二吸收层4的“Z”形金属结构之间的相对夹角α改变本申请实施例对于入射光的吸收特性，从而达到调节本申请实施例微纳结构的圆二色信号的目的，而且本申请实施例微纳结构可以形成两个较强的CD信号，并且该信号分别位于可见和近红外波段，两个信号分别位于不同的检测光区，检测灵敏度高，可以用于研究电荷转移跃迁和研究和过渡金属的d→d跃迁探测。

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，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种可调节圆二色信号的微纳结构，其特征在于：包括由下及上依次设置的贵金属层、第一吸收层、介质层和第二吸收层；所述第一吸收层和第二吸收层均为“Z”形金属结构。

2.根据权利要求1所述的微纳结构，其特征在于：所述第一吸收层和第二吸收层的“Z”形金属结构的中心轴在同一直线上。

3.根据权利要求1所述的微纳结构，其特征在于：所述“Z”形金属结构包括第一矩形条、第二矩形条和第三矩形条；所述第一矩形条一端垂直连接于所述第二矩形条的一端，所述第三矩形条一端垂直连接于所述第二矩形条另一端；所述第一矩形条与所述第三矩形条在同一平面内平行。

4.根据权利要求2所述的微纳结构，其特征在于：所述第一吸收层和第二吸收层的“Z”形金属结构具有一相对夹角α。

5.根据权利要求4所述的微纳结构，其特征在于：所述相对夹角α为0°、30°、60°或者90°。

6.根据权利要求1所述的微纳结构，其特征在于：所述介质层为二氧化硅材料制成；所述贵金属层为金或者银材料制成。

7.根据权利要求1所述的微纳结构，其特征在于：所述微纳结构还包括设于贵金属层底部的基底层；所述基底层为玻璃基底。

8.根据权利要求1所述的微纳结构，其特征在于：所述微纳结构按矩形周期排列形成阵列结构。