[发明专利]一种手性光学元件及其制备方法

说明书

本申请公开了一种手性光学元件及其制备方法，该手性光学元件包括基底和至少一个手性超结构单元；所述至少一个手性超结构单元位于所述基底上方；单个所述手性超结构单元包括至少一个斐波那契螺旋线子单元。通过设置斐波那契螺旋线子单元，以及调控手性超结构单元的形状和数量来调控聚焦场的聚焦点数、局域偏振态、响应波长和强度调控；能够在宽波段范围内对入射圆偏振光具有强响应性，显著提高了手性光学元件的光响应特性。

技术领域

本申请涉及光学领域，特别涉及一种手性光学元件及其制备方法。

背景技术

手性是自然界中的基本属性，与我们的生活密不可分。光学活性是手性材料最重要的性质之一，其本质为手性材料对左右圆偏振光具有不同的相互作用力。在右手性的手性材料中，右圆偏振光会被选择性地反射，而左圆偏振光就会被透过。在左手性的手性材料中，与之相反。

然而，自然界中手性分子和原子的尺寸与光波的波长相比非常的小，手性物质的手性光学响应非常微弱，一方面不利于对手性产生机制的研究，另一方面也造成了利用自然界现有材料无法实现对圆偏振光场的有效调控。相比于人工构筑的三维手性超结构，二维手性结构层级单一，光学响应的工作波长和响应强度的可调控范围有限，无法通过对微结构结构参数的有限变化实现对其手性光学响应波段和强度的深度调控，致使手性超结构的广泛应用得到限制。

发明内容：

针对现有技术的上述问题，本发明采用一种操作简单、成本低廉的制备方法，并利用斐波那契螺旋线的形状制成了一种手性光学元件。

为了解决上述问题，本发明提供一种手性光学元件及其制备方法，具体技术方案如下：

一方面，提供了一种手性光学元件，包括：基底和至少一个手性超结构单元；至少一个手性超结构单元位于基底上方；单个所述手性超结构单元包括至少一个斐波那契螺旋线子单元。

进一步地，在单个所述手性超结构单元包括至少两个斐波那契螺旋线子单元的情况下，所述斐波那契螺旋线子单元的终点相交。

进一步地，单个所述手性超结构单元包括奇数个或偶数个所述斐波那契螺旋线子单元。

进一步地，手性超结构单元为金属膜线。

进一步地，斐波那契螺旋线子单元的线宽为10-30nm，厚度为100-200nm。

进一步地，手性超结构单元的材质包括金、银、铝和铜中的一种或几种。

进一步地，在手性超结构单元包括一个斐波那契螺旋线子单元的情况下，手性超结构单元的大径为200-300nm。

进一步地，在手性超结构单元包括至少两个斐波那契螺旋线子单元的情况下，手性超结构单元的大径为400-600nm。

进一步地，基底为石英基底、硅基底或锗基底。

另一方面，提供了一种制备上述手性光学元件的方法，包括以下步骤：

对基底进行清洗；

在清洗后的基底上涂布光刻胶；

提供一个光刻板，在光刻板上有至少一个手性超结构单元的预设图案，预设图案包括至少一条斐波那契螺旋线；

光刻板设置于基底的涂布光刻胶的一侧的上方，对基底的涂布光刻胶的一侧进行金属材料溅射预设图案；

去除基底上的残余光刻胶，得到手性光学元件。

采用上述技术方案，本申请公开的一种手性光学元件具有如下有益效果：

本申请提供的一种手性光学元件，通过设置斐波那契螺旋线子单元以及手性超结构单元的形状和数量来对聚焦场的聚焦点数、局域偏振态、响应波长和强度进行调控；能够在宽波段范围内对入射圆偏振光具有强响应性，显著提高手性光学元件的光响应特性。