[发明专利]一种基于银纳米砖阵列的双通道红绿滤光片

说明书

本发明提供一种基于银纳米砖阵列的双通道红绿滤光片及其设计方法。该双通道红绿滤光片能够有效将入射线偏光转化为红光或绿光。本发明所涉及的双通道红绿滤光片，包括：石英玻璃；纳米砖阵列结构，形成在该石英玻璃的一侧表面，用以对反射光的颜色进行调制。纳米砖阵列由纳米砖单元周期性排列形成，并且纳米砖为长方体形，长宽高均为亚波长尺寸。本发明所提供的双通道红绿滤光片能够实现对红光或者绿光的过滤，且体积小、成本低、重量小、设计思路简单，非常适宜于在微型光电体系中应用。

技术领域

本发明属于微纳光学和偏振光学领域，具体涉及一种双通道动态红绿滤光片及其设计方法。

背景技术

滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件。滤光片的作用很大，在摄影界有着广泛应用。它能够使图像更好地还原物体本身的颜色，免受光源的干扰；也可以使摄影师更好地突出某一主题。

现有滤光片是在塑料或者玻璃片加入特种染料做成的，一般只能针对静态的某一波长或者波段工作，想要过滤其它波段时往往要更换滤光片，这给实际使用带来了许多不方便；另外，传统滤光片尺寸、重量都较大，不适宜当前光、机、电集成的趋势。

基于超表面材料的双通道红绿滤光片，较好地解决了传统滤光片的弊端，为滤光片的使用引入了新的自由度。

发明内容

针对传统滤光片的不足，本发明结合偏振理论，通过设计银纳米砖阵列从而提供一种高效的、有一定自由度的基于银纳米砖阵列的双通道红绿滤光片。

本发明利用在基底上设计阵列银纳米砖的结构以实现双通道滤光的作用，该滤光片的调控参数包括纳米砖的长宽高以及纳米砖块的间距，上述参数可通过电磁仿真法在红绿波段(500nm-630nm)进行优化，仅仅通过改变纳米砖阵列的旋向就可以实现反射光颜色的改变。而且本发明可以实现透反射复用。纳米砖的阵列参数可根据需要进行调控和优化以达到预期的双通道滤光效果，具有较好的自由度，方便定制。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于银纳米砖阵列的双通道红绿滤光片，

包括衬底；

衬底上设置有周期性排列的纳米砖阵列；

所述纳米砖为长方体结构，长宽高均为亚波长尺寸。

具体的，所述纳米砖阵列长轴经线偏振光入射后反射红光，短轴经线偏振光入射后反射绿光。

具体的，所述纳米砖阵列长轴经线偏振光入射时，水平方向转动滤光片90°，反射光的从红光变成绿光。

具体的，所述纳米砖为银纳米砖。

具体的，所述衬底为石英玻璃。

具体的，上述滤光片的调控参数包括纳米砖的长宽高以及纳米砖块的间距。

具体的，所述调控参数通过电磁仿真法进行优化。该基于银纳米砖阵列的双通道红绿滤光片的设计方法，包括以下步骤：(1)采用现有的CST STUDIO SUITE电磁仿真工具，在工作波长下优化银纳米砖单元的结构，使得入射线偏光沿纳米砖长轴偏振时，红光反射效率超过90％；入射线偏光沿纳米砖短轴偏振时，绿光反射效率超过70％；通过转动本纳米砖阵列结构，可以实现反射光从红光到绿光的变化；(2)经过第一步，即可确定单个银纳米砖单元的结构，根据单个银纳米砖单元确定银纳米砖阵列结构；(3)根据第二步确定的银纳米砖阵列结构，采用光刻工艺制备双通道动态红绿滤光片。

本发明的有益效果：

(1)所提供的滤光片实现了入射光的双通道滤波，入射线偏光沿纳米砖长轴偏振时，红光(483.87Thz)反射效率可达90.8％；入射线偏光沿纳米砖短轴偏振时，绿光(483.87Thz)反射效率可达70.3％；通过水平转动滤光片可以实现反射光从红光到绿光的变化；