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本发明公开了一种基于表面等离子激元的超表面四分之一波片,所述波片包括矩形基底和设置在矩形基底上的银膜,所述银膜由若干周期性的孔径单元矩阵排列构成,每个所述孔径单元均设有两个上下中心对称的横向孔径和两个左右中心对称的纵向孔径,所述横向孔径的内边的延长线不与纵向孔径有交点,所述纵向孔径的内边的延长线不与横向孔径有交点。本发明基于表面等离子激元的超表面四分之一波片具有结构简单、易于集成、厚度薄、加工难度小等优点,在光学传感系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中,具有很大的应用价值

本发明的发明目的是提供一种基于表面等离子激元的超表面四分之一波片，解决现有厚度大、加工难和波段窄的问题。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于表面等离子激元的超表面四分之一波片，所述波片包括矩形基底和设置在矩形基底上的银膜，所述银膜由若干周期性的孔径单元矩阵排列构成，每个所述孔径单元均设有两个上下中心对称的横向孔径和两个左右中心对称的纵向孔径，所述横向孔径的内边的延长线不与纵向孔径有交点，所述纵向孔径的内边的延长线不与横向孔径有交点；

本发明涉及一种基于表面等离子激元的超表面四分之一波片，属于光学元件技术领域。

背景技术

现有技术中，在光的研究与应用领域，控制光的偏振态是至关重要的， 目前对纳米量级的光学操控主要有两种方法。第一种方法是基于光子晶体，通过控制光子晶体的内部结构来调控光学传输路径，从而实现光学信息的传递、调制和光互连等等，如纳米微腔、光波导、分光器件等，不过目前的光子晶体几乎都是三维结构，对于其设计和制备有很大困难。第二种方法是控制表面等离子体激元（SPP）的传播，表面等离子体激元产生于金属与介质表面，是光和金属表面的自由电子共振所引起的混合激发态，也是一种电磁波。利用表面等离子体激元可以将对光学的控制从三维降为二维，从而更容易、有效地调控超衍射极限的光学信息传播，同时在近场局部区域实现电磁能量放大，在亚波长结构纳米光子器件设计集成、纳米光刻等领域有着重要应用。

2011年Khoo和Zhao提出了相互正交的狭缝型结构，在金属薄膜上设计周期性互相垂直的矩形狭缝，通过控制矩形狭缝的长度、宽度、厚度以及排列方式，可实现透射光在沿两狭缝方向上的振幅及位相可调，实现了目标波长（800纳米和650纳米）处两正交方向上，即实现了光学四分之一波片功能。2012年Roberts等人提出了十字型机构，即利用带有亚波长十字型结构图案的金属银薄膜。通过调节周期性真铁的十字型的几何尺寸，可以在近红外特定波长处实现四分之一波片的功能。此外，2011年，Baida等人提出了一种通过嵌有亚波长双图案的金属薄膜实现各向异性材料波片的设计方法。金属薄膜的厚度是决定两正交方向上位相差的关键参数，从而实现了四分之一波片和半波片功能。作为四分之一波片，转换效率和工作波段范围是表征其特性的两个重要因素。上述研究大多针对偏振态转换效率做了研究，却未能兼顾工作波段的特性，或工作波段较窄。

中国专利申请号2012105755070公开了一种亚波长矩形环阵列四分之一波片，但此设计的矩形环结构仍然存在着一个问题，即太高的深宽比，深度达200纳米，最小缝宽仅不到50纳米，深宽比在4:1以上，这给加工制作带来了极大的难度，以目前的加工手段几乎难以实现。

有鉴于此，开发一种新的四分之一波片，解决上述的缺点显然具有积极的现实意义。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于表面等离子激元的超表面四分之一波片，解决现有厚度大、加工难和波段窄的问题。

发明人：王钦华 钱沁宇苏州大学坐落于素有“人间天堂”之称的历史文化名城苏州，是国家“211工程”“2011计划”首批入列高校，是教育部与江苏省人民政府共建“双一流”建设高校、国家国防科技工业局和江苏省人民政府共建高校，是江苏省属重点综合性大学。苏州大学前身是Soochow University（东吴大学，1900年创办），开现代高等教育之先河，融中西文化之菁华，是中国最早以现代大学学科体系举办的大学。在中国高等教育史上，东吴大学是最早开展研究生教育并授予硕士学位、最先开展法学（英美法）专业教育，也是第一家创办学报的大学。1952年中国大陆院系调整，由东吴大学之文理学院、苏南文化教育学院、江南大学之数理系合并组建苏南师范学院，同年更名为江苏师范学院。1982年，学校更复名苏州大学（Soochow University）。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明基于表面等离子激元的超表面四分之一波片具有结构简单、易于集成、厚度薄、加工难度小、波段宽等优点，在光学传感系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中，具有很大的应用价值。

光束从介质进入金属界面时会迅速衰减，但在介质与金属分界面上却可以传播，即激发出的表面等离子波（SPs），这是一种电磁表面波，它在表面处场强最大，在垂直于界面方向是指数衰减场，它能够被电子也能被光波激发。采用线偏振光对本发明照射，光束偏振方向与X轴成45°，从波片下方往上入射，结果显示光束的透过率会有一个峰值，即局域表面等离子共振峰（LSPP）。在该峰值处激发的共振腔会对光束的光学性质产生不同的影响。

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