1.本实用新型涉及光学元件技术领域，尤其涉及一种圆偏振光吸收器。


背景技术：

2.圆偏振光分为左圆偏振光(lcp)和右圆偏振光(rcp)，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，因此圆二色性也被称为自旋角动量的二色性。圆偏振光常用于各种光学技术和设备、量子计算、自旋光通信、圆二色性光谱和磁记录。天然手性分子的圆二色性特别弱，所以通常会设计一些人造微纳结构来产生或者增强圆二色性。
3.现有的圆偏振器通常在介质基底上周期性的放置螺旋上升金属金线，通过控制螺旋线的旋转方向，可实现对左旋和右旋圆偏振光的选择性透过，但现有的圆偏振器对左旋和右旋圆偏振光的甄别效率较低、透过率低，难以获得较大的圆二色性。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种圆偏振光吸收器，解决目前技术中的圆偏振器的圆二色性较小的问题。
5.为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：
6.一种圆偏振光吸收器，包括依次层叠设置的衬底层、下金属层、介质层和顶结构层，所述的顶结构层包括呈手性结构的手性单元，若干个手性单元连接为一体然后在介质层上呈周期性排列。本实用新型所述的圆偏振光吸收器将若干个手性单元连接为连续的整体，连接为连续整体的手性单元能有效增加表面等离激元共振作用，增大对圆偏振光的吸收，从而提高对圆偏振光的选择性透过，提高左旋和右旋圆偏振光的甄别效率，能获得更大的圆二色性，并且本实用新型采用依次层叠设置的衬底层、下金属层、介质层作为顶结构层的基层，下金属层与顶结构层能形成共振耦合，让共振模式变成法诺共振，进一步的增大对圆偏振光的吸收，有效增大圆二色性。
7.进一步的，所述的手性单元包括拼合在一起的直角梯形单元一、直角梯形单元二和直角梯形单元三，所述的直角梯形单元二和直角梯形单元三两者的直角腰与直角梯形单元一的直角腰拼合在一起，使得手性单元构成特殊的手性结构，具有强烈的非对称性，增加了整个系统的不对称性，能够极大的加强对入射的左右圆偏振光的不同吸收、反射和透射作用，提高对圆偏振光的选择性透过，提高左旋和右旋圆偏振光的甄别效率，有效增大圆二色性。
8.进一步的，所述的直角梯形单元二与直角梯形单元三沿着直角腰方向上具有间距，提高非对称性。
9.进一步的，所述直角梯形单元二和直角梯形单元三其中一者在直角腰方向上超出直角梯形单元一的底边，另一者在直角腰方向上与直角梯形单元一的另一底边齐平，提高
非对称性。
10.进一步的，所述的直角梯形单元二与直角梯形单元三两者的宽度较窄的底边在直角腰方向上朝向同一侧，提高非对称性。
11.进一步的，所述的直角梯形单元一的宽度较宽的底边在直角腰方向上朝向于直角梯形单元二和直角梯形单元三两者的宽度较窄的底边所在一侧，提高非对称性。
12.进一步的，所述的直角梯形单元一、直角梯形单元二和直角梯形单元三三者的梯形面积大小不同，提高非对称性。
13.进一步的，所述的手性单元的角部为圆角结构，能获得更佳的圆二色性效果。
14.进一步的，所述连接为一体的手性单元沿着直线排列连接构成直线性组合结构，直线性组合结构再平行间隔排列，从而构成直线性组合结构，顶结构层构成纳米天线阵列，表面等离激元共振作用增强，对圆偏振光的吸收增大，能有效增强对左旋和右旋圆偏振光的差异光学响应。
15.进一步的，所述的手性单元采用金属材料制成，所述手性单元和下金属层的材料包括金、铂、银、铝、铜、钛、铝合金和不锈钢其中的一种或组合，所述的介质层的材料为二氧化硅，所述的衬底层的材料为单晶硅。
16.与现有技术相比，本实用新型优点在于：
17.本实用新型所述的圆偏振光吸收器将若干个手性单元连接为连续的整体，有效增加表面等离激元共振作用，增大对圆偏振光的吸收，从而提高对圆偏振光的选择性透过，提高左旋和右旋圆偏振光的甄别效率，有效提高圆二色性，顶结构层为单层平面手性结构，厚度小、易于集成，降低加工难度和成本。
附图说明
18.图1为圆偏振光吸收器的整体结构示意图；
19.图2为顶结构层的直线性组合结构的结构示意图；
20.图3为手性单元的右手结构示意图；
21.图4为图3所示手性单元镜像的左手结构示意图；
22.图5为右手结构的手性单元对左、右圆偏振光的吸收光谱图；
23.图6为左手结构的手性单元对左、右圆偏振光的吸收光谱图；
24.图7为吸收器的圆二色性光谱图；
25.图8为实施例二的手性单元的结构示意图；
26.图9为实施例三的一种手性单元的结构示意图；
27.图10为实施例三的另一种手性单元的结构示意图；
28.图11为实施例四的手性单元的结构示意图；
29.图12为实施例四的圆二色性光谱图；
30.图13为实施例五的一种结构示意图；
31.图14为实施例五的另一种结构示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.本实用新型实施例公开的一种圆偏振光吸收器，结构简单、紧凑，厚度薄、尺寸小，对左旋和右旋圆偏振光的选择透过性好，较低的器件吸收损耗，透过率高，能获得较大的圆二色性。
34.如图1至图4所示，一种圆偏振光吸收器，主要包括依次层叠设置的衬底层1、下金属层2、介质层3和顶结构层4，所述的顶结构层4包括呈手性结构的手性单元5，手性单元5阵列分布在介质层3上，并且若干个手性单元5连接为一体然后再在介质层3上呈周期性排列，具体的，连接为一体的手性单元5沿着直线排列连接构成直线性组合结构，然后直线性组合结构再平行间隔排列，直线性组合结构能有效增加表面等离激元共振作用(当光波/电磁波入射到金属与电介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强)，增大对圆偏振光的吸收，从而提高对圆偏振光的选择性透过。
35.在本实施例中，如图3和图4所示，所述的手性单元5包括拼合在一起的直角梯形单元一51、直角梯形单元二52和直角梯形单元三53，图中的虚线并非实际存在的分隔线、拼接线，用于描述手性单元5的结构，所述的直角梯形单元二52和直角梯形单元三53两者的直角腰与直角梯形单元一51的直角腰拼合在一起；
36.具体的，所述的直角梯形单元二52与直角梯形单元三53沿着直角腰方向上具有间距，并且，所述的直角梯形单元二52与直角梯形单元三53两者的宽度较窄的底边在直角腰方向上朝向同一侧，所述的直角梯形单元一51的宽度较宽的底边在直角腰方向上朝向于直角梯形单元二52和直角梯形单元三53两者的宽度较窄的底边所在一侧，具体的，直角梯形单元二52靠直角梯形单元一51的宽度较宽的底边一侧，而直角梯形单元三53靠直角梯形单元一51的宽度较窄的底边一侧，并且所述直角梯形单元二52在直角腰方向上超出直角梯形单元一51的底边，直角梯形单元三53在直角腰方向上与直角梯形单元一51的另一底边齐平，进一步的，所述的直角梯形单元一51、直角梯形单元二52和直角梯形单元三53三者的梯形面积大小不同，具体的是，直角梯形单元一51、直角梯形单元二52和直角梯形单元三53的梯形面积依次减小，从而手性单元5构成特殊的手性结构，有效提高非对称性，非对称因子“g”值约1.75，接近理论极限2，加强了对入射的左右圆偏振光的不同吸收、反射和透射作用，提高对圆偏振光的选择性透过，有效增大圆二色性。
37.在本实施例中，手性单元5沿着直角腰的直线方向排列连接，前一个手性单元5的直角梯形单元三53与下一个手性单元5的直角梯形单元二52衔接组合在一起，最终构成直线性组合结构，该直线性组合结构也具有强烈的非对称性，能够增强对左旋和右旋圆偏振光的差异光学响应，直线性组合结构再平行间隔排列，最终构成顶结构层4。
38.所述的手性单元5采用金属材料制成，具体的所述手性单元5和下金属层2的材料包括金、铂、银、铝、铜、钛、铝合金和不锈钢其中的一种或组合，手性单元5和下金属层2在本实施例中采用金制成，金的导电性能更好，因此表面等离激元的效果更好，得到的圆二色性
信号更强，下金属层2、介质层3和顶结构层4构成金属-半导体-金属的结构，下金属层与顶结构层能形成共振耦合，让共振模式变成法诺共振，进一步的增大对圆偏振光的吸收，所述的介质层的材料为二氧化硅，所述的衬底层的材料为单晶硅。
39.制作上述的圆偏振光吸收器时，在材料为单晶硅的衬底层1上通过电子束蒸发先沉积一层金属金构成下金属层2，下金属层2的厚度为100nm；
40.然后再在下金属层2上沉积一层二氧化硅构成介质层3，介质层3的厚度为150nm；
41.再在介质层3上涂覆一层光刻胶，再利用电子束曝光以及显影技术使得光刻胶构成与顶结构层4相同的手性几何图形；
42.然后在光刻胶上生长一层金属金构成顶结构层4，随后运用丙酮溶剂溶解光刻胶得到圆偏振光吸收器，手性单元5在直角腰方向上的长度为400～1200nm，在垂直于直角腰方向上的宽度为200～600nm，所述顶结构层4的厚度为20～100nm，并且平行间隔排列的直线性组合结构的间距为250～600nm。
43.采用此方法制备的圆偏振光吸收器对波长为1302nm的圆偏振光吸收＞99％，如图5～图7所示。
44.实施例二
45.如图8所示，所述的手性单元5也是由直角梯形单元一51、直角梯形单元二52和直角梯形单元三53拼合构成，并且直角梯形单元二52和直角梯形单元三53两者的直角腰与直角梯形单元一51的直角腰拼合在一起；
46.与实施例一的不同点在于，所述直角梯形单元一51的宽度较宽的底边在直角腰方向上朝向于直角梯形单元二52和直角梯形单元三53两者的宽度较宽的底边所在一侧，同样有效提高手性单元5的非对称性，加强了对入射的左右圆偏振光的不同吸收、反射和透射作用，提高对圆偏振光的选择性透过，有效增大圆二色性。
47.实施例三
48.如图9和10所示，所述的手性单元5也是由直角梯形单元一51、直角梯形单元二52和直角梯形单元三53拼合构成，并且直角梯形单元二52和直角梯形单元三53两者的直角腰与直角梯形单元一51的直角腰拼合在一起；
49.与实施例一的不同点在于，所述的直角梯形单元二52与直角梯形单元三53两者的宽度较窄的底边在直角腰方向上相面对，或者所述的直角梯形单元二52与直角梯形单元三53两者的宽度较宽的底边在直角腰方向上相面对，同样有效提高手性单元5的非对称性，加强对入射的左右圆偏振光的不同吸收、反射和透射作用，提高对圆偏振光的选择性透过，有效增大圆二色性。
50.实施例四
51.如图11所示，与实施例一的不同点在于，所述的手性单元5的角部设置为圆角结构，圆角半径5～15nm，优选10nm，同样的能有效保障手性单元5的非对称性，加强对入射的左右圆偏振光的不同吸收、反射和透射作用，提高对圆偏振光的选择性透过，有效增大圆二色性。
52.如图12所示，角部设置为圆角结构的手性单元也能保障获得很大的圆二色性。
53.实施例五
54.如图13和图14所示，与实施例一的不同点在于，所述的手性单元整体呈l形结构或
者是f形结构，若干个手性单元沿着l形结构、f形结构的一条边所在的直线方向排列并连接为一体构成直线性组合结构，然后直线性组合结构再平行间隔排列，直线性组合结构能有效增加表面等离激元共振作用，增大对圆偏振光的吸收，从而提高对圆偏振光的选择性透过，增强对左旋和右旋圆偏振光的差异光学响应。
55.以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。