[发明专利]一种实现非对称传输的微纳金属结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种实现非对称传输的微纳金属结构及其制备方法，该结构由多个结构相同的周期单元上下、左右连接而成，且所有周期单元位于同一平面；每个周期单元中包含有一个结构单元，每个结构单元包括横体Ⅰ、横体Ⅱ、横体Ⅲ、横体Ⅳ和竖体；横体Ⅰ、横体Ⅱ、横体Ⅲ和横体Ⅳ由上及下依次排列且与竖体垂直相连，横体之间间隔相等且互相平行，横体Ⅰ、横体Ⅱ的左顶端与竖体连接，分布在竖体的右侧，横体Ⅲ、横体Ⅳ的右顶端与竖体连接，分布在竖体的左侧。在极化转化光谱上呈现出共振峰的模式，得到的“双F”形结构的非对称性传输的值很大，最大值可以达到ATmax=14.2%，比单独的Z形与C形结构非对称性传输效率大了32倍及40倍。

技术领域

本发明属于电磁波偏振态调控技术领域，具体涉及一种实现非对称传输的微纳金属结构及其制备方法。

背景技术

非对称传输（Asymmetric Transmission，AT）是指传输系统对沿不同传输方向入射的电磁波表现出不同的传输性能，这里的传输特性不仅指透射、反射等，还包括极化转换。如图1所示，对于一个极化转换非对称传输系统A来说，从系统A正面入射的左旋光（leftcircularly polarized， LCP）经过系统A后，接收到的右旋光（right circularlypolarized， RCP）的透射率为，从系统A背面入射的左旋光经过系统A后接收到的右旋光的透射率为。其中箭头方向表示从传输系统的正面或背面入射，下标“-”表示入射光为左旋光，“+”表示出射光为右旋光。则对于系统A极化转换的非对称传输可以表示为：

。

又通过洛伦兹变化：

，

得到：

其表示的物理意义如图1（a）和（b）所示，从正面入射到系统A的左旋光，经过系统A后转换为的右旋光，与从正面入射到系统A的右旋光，经过系统A后转换为的左旋的转换率是不同的。对于从背面入射时情景相同。

超材料内的电磁场会产生交叉耦合，在这种状况下，电磁波在透过超材料之后，其透射系数会不一样，且最终的偏振状态和入射波相比，也有很大变化。借助这一点，能够对电磁波的偏振状态进行控制，并制作出相应的功能器件，如电磁二极管与电磁开关等。有许多复杂的超材料被报道出来在微波、太赫兹，甚至光学范围内可以实现线性和圆极化波的不对称传输，比如手性鱼鳞结构、非对称开口圆环或G型结构耦合裂环谐振器等。总之，非对称性传输在偏振转换器，光学器件的设计中得到了广泛的应用。

在设计这种非对称传输的结构时，需要达到大的非对称传输效率，即大的AT值。现有技术中一般采用凸起的平面结构，如图4所示，Z形微纳金属结构，在共振处类似棒的模式，形成了电偶极子，Z形结构的极化转换光谱上表现为共振峰的形式。如图5所示，C形微纳金属结构，在共振处为开口圆环的共振模式，形成了磁偶极子，C形结构的极化转换光谱上表现为共振谷的形式。虽然Z形和C形微纳金属结构都具有极化转换效率，但是对于不同的极化转换情况，它们各自的转化效果类似的，因此非对称传输效率并不大。

发明内容