[发明专利]一种阵列式窄带滤光片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种阵列式窄带滤光片，包括基底和相互杂化嵌套在基底上的第一光栅和第二光栅，第一光栅和第二光栅构成等离激元复合光栅，等离激元复合光栅周期为第一光栅和第二光栅的宽度之和；第一光栅沿着基底由下而上依次包括底部金属层、介质层、顶部金属层，第二光栅沿着基底由下而上依次包括介质层、顶部金属层，本发明的滤光片解决了现有等离激元滤光片高透射和窄线宽难以兼顾和较差带外抑制的问题；本发明还提供了一种阵列式窄带宽滤光片制备方法，利用该制备方法制备的滤光片具有低成本，窄线宽，弱旁峰和小型化等优异特性，在生物化学传感、气焰检测、多光谱成像等方面具有极高的应用前景和价值。

技术领域

本发明涉及一种多通道微纳滤光片领域，具体涉及一种阵列式窄带滤光片及其制备方法。

背景技术

等离激元学是纳米光子学的重要分支，在现代具有深远意义。它主要研究在波长(或亚波长)下光和物质的相互作用。利用该理论制备出的等离子体超表面，其光学性质取决于结构所采纳材料的介电性质和系统的几何形状。通过精巧设计，可以自由操控作用光场的幅度，偏振，相位和能量等信息。表面等离极化激元(surface plasmon polaritons)简称SPPs在该体系下无疑具有代表性，它所具备的强局域和高束缚特性，可以在大幅度限制和增强光场的同时极度压缩结构厚度，使其远远小于工作波长，甚至超越衍射极限。这有利于减小光学元件和系统的空间尺寸，进一步实现小型化和集成化。

上世纪末，Ebbesen等人在Nature报道了一项关于通过亚波长孔阵列实现异常透射的开创性研究。该实验通过孔阵列的周期性调制将入射光与金属表面的自由电子相耦合，形成存在于不透明金属膜界面处的SPPs，随后将被激励的SPPs再次转换为出射光子，从而观察到特殊的反射和透射效应。这类结构突破了传统光学薄膜对于光场调控的限制，无需如传统的多层薄膜结构组成的F-P型滤光片要在波长量级的共振腔内控制透射级次，具有低成本，精操控，小型化和易集成的优异特性，特别适合与探测器相集成应用在诸如气体检测，化学生物传感，多光谱成像等工作中。不过，基于SPPs原理设计的滤光片，虽然可以通过结构调制精确控制工作波长，但由于SPPs激励需要金属材料的存在，这无疑会对透射效率带来损失。而表面等离激元滤光片高透射和窄线宽是难以同时兼顾的，较差的带外抑制也使得透射主峰附近常观察到不必要的旁峰。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种阵列式窄带滤光片，解决等离激元滤光片高透射和窄线宽难以兼顾和较差带外抑制的问题；

本发明的目的之二在于提供一种阵列式窄带滤光片的制备方法，利用该制备方法制备的滤光片具有低成本，窄线宽，弱旁峰和小型化等优异特性，在生物化学传感、气焰检测、多光谱成像等方面具有极高的应用前景和价值。

为实现上述目的，本发明一方面采用的技术方案是：提供一种阵列式窄带滤光片，包括基底和相互杂化嵌套在基底上的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和第二光栅构成等离激元复合光栅，所述等离激元复合光栅周期为第一光栅和第二光栅的宽度之和；

所述第一光栅沿着基底由下而上依次包括底部金属层、介质层、顶部金属层，所述第二光栅沿着基底由下而上依次包括介质层、顶部金属层。

进一步的，所述第一光栅和第二光栅的介质层、顶部金属层厚度对应相同。

进一步的，所述第一光栅、第二光栅的介质层与基底材料相同，均为二氧化硅，所述第一光栅的底部金属层、顶部金属层以及第二光栅的顶部金属层所用材料均为金。

进一步的，所述第一光栅的宽度为W1,第二光栅的宽度为W2，宽度占比W2/W1的范围为0.6-1.6。

进一步的，所述等离激元复合光栅周期为a，a的取值范围为1.8-2.2μm。

本发明另一方面提供了一种阵列式窄带滤光片的制备方法，包括以下步骤：