本發(fā)明涉及微納光子學，特別是涉及一種超表面單元及微納光子器件。

背景技術(shù)：

1、微納光子器件是指在微米或納米尺度上實現(xiàn)光子功能的器件。這些器件在通信、傳感、生物醫(yī)學成像、信息處理等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。盡管微納光子器件在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力，但由于微納光子器件涉及大量微型結(jié)構(gòu)，而這些微型結(jié)構(gòu)常常存在高深寬比的幾何特性，這將帶來較差的力學穩(wěn)定性，這嚴重影響器件的加工良品率和在實際場景中的應用。

2、超表面(metasurface)近年來在納米光學和光子學領(lǐng)域崛起的一項前沿技術(shù)，也是一種典型的微納光子器件。與傳統(tǒng)的三維光學材料不同，超表面由二維平面上的人工微結(jié)構(gòu)陣列組成，這些微結(jié)構(gòu)可以精確地操控光波的相位、振幅和偏振狀態(tài)，從而實現(xiàn)對光的任意操控，在光學成像、顯示、傳感、光通信等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。與其他類型的微納光子器件一樣，超表面的核心在于其最小幾何單元的設(shè)計。每個超表面單元通常是亞波長尺寸的納米結(jié)構(gòu)，其幾何形狀、尺寸和材料特性決定了它對入射光的相位和振幅的調(diào)控能力。常見的超表面單元包括納米天線、納米柱、納米孔等，這些單元可以通過微納制造技術(shù)在襯底上進行加工。通過合理的設(shè)計和排列，這些單元可以實現(xiàn)對光波的相位、振幅、透過率、角動量等全方位調(diào)控，從而實現(xiàn)所需的光學功能。

3、目前大多數(shù)超表面單元為柱狀單元，由于其幾何特性，在實際應用環(huán)境下容易受到機械應力、熱應力等外界因素的影響，導致其結(jié)構(gòu)發(fā)生形變甚至破壞。這種力學穩(wěn)定性的不足嚴重限制了單元的深寬比，也就是限制了單元的相位調(diào)制能力；還影響了超表面的使用壽命，進而影響了其在實際應用中的可靠性。因此，如何提高超表面單元的力學穩(wěn)定性，同時保證不損害其光學性能，成為超表面從實驗室走向?qū)嶋H應用的一個關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超表面單元及微納光子器件，能夠在不損害光學性能的情況下，提高力學穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種超表面單元，包括：

3、襯底；

4、微納結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述襯底的上表面；其中，所述微納結(jié)構(gòu)為上窄下寬的幾何構(gòu)型。

5、所述微納結(jié)構(gòu)為圓臺形幾何構(gòu)型。

6、所述圓臺形幾何構(gòu)型的側(cè)壁傾斜角大于0°且小于8°。

7、所述圓臺形幾何構(gòu)型的頂面直徑的取值范圍為400nm～1400nm。

8、所述微納結(jié)構(gòu)為圓錐形幾何構(gòu)型。

9、所述圓錐形幾何構(gòu)型的頂角大于11°且小于18°。

10、所述圓錐形幾何構(gòu)型的底面直徑的取值范圍為400nm～1400nm，高度取值范圍為2000nm～4500nm。

11、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種微納光子器件，包括多個按照預設(shè)規(guī)則以陣列形式排列的上述的超表面單元。

12、有益效果

13、由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：本發(fā)明提出了一種上窄下寬型幾何構(gòu)型的微納結(jié)構(gòu)，其能夠在保證電磁波調(diào)控性能的同時，帶來更好的力學穩(wěn)定性，從而解決現(xiàn)有微納光子器件中柱狀幾何單元力學穩(wěn)定性差的問題。

技術(shù)特征：

1.一種超表面單元，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面單元，其特征在于，所述微納結(jié)構(gòu)為圓臺形幾何構(gòu)型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超表面單元，其特征在于，所述圓臺形幾何構(gòu)型的側(cè)壁傾斜角大于0°且小于8°。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超表面單元，其特征在于，所述圓臺形幾何構(gòu)型的頂面直徑的取值范圍為400nm～1400nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面單元，其特征在于，所述微納結(jié)構(gòu)為圓錐形幾何構(gòu)型。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超表面單元，其特征在于，所述圓錐形幾何構(gòu)型的頂角大于11°且小于18°。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超表面單元，其特征在于，所述圓錐形幾何構(gòu)型的底面直徑的取值范圍為400nm～1400nm，高度取值范圍為2000nm～4500nm。

8.一種微納光子器件，其特征在于，包括多個按照預設(shè)規(guī)則以陣列形式排列的如權(quán)利要求1-7中任一所述的超表面單元。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種超表面單元及微納光子器件，其中，超表面單元包括：襯底；微納結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述襯底的上表面；其中，所述微納結(jié)構(gòu)為上窄下寬的幾何構(gòu)型。其中，微納結(jié)構(gòu)可以為圓臺形幾何構(gòu)型，也可以為圓錐形幾何構(gòu)型。本發(fā)明能夠在不損害光學性能的情況下，提高力學穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：李偉,商祥爍,黃海陽,李娜,李順堯
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5