一种全金属光吸收器及其制备方法

IPC分类号 : G02B5/00

申请号

CN202010639467.6

可选规格: 数量

库存1件

确认取消

￥30000; 库存1件

首页

立即咨询

看了又看

专利摘要

本发明公开一种全金属光吸收器，包括金属衬底及布置在金属衬底上表面周期性排列的金属微结构单元；金属微结构单元为圆弧形金属薄膜结构，圆弧张角为180度，旋转角度为0度；金属薄膜的厚度与其采用的金属材料的电阻率相匹配以获得最佳光吸收效果，长度不小于工作波长的5倍，宽度即为圆弧的弧长。进一步还公开这种光吸收器的制备方法。本发明所公开的光吸收器可通过仅改变入射光偏振态方向就实现高效率光吸收和高效率光反射的灵活转换，并且，具有可高达99％的吸收率和较高的结构容忍度。

权利要求

1.一种全金属光吸收器，其特征在于，包括金属衬底及布置在金属衬底上表面周期性排列的金属微结构单元；所述金属微结构单元为圆弧形金属薄膜结构，所述金属薄膜的截面为圆弧形，圆弧的弧面与衬底接触，开口背离衬底；所述圆弧形金属薄膜的圆弧张角θ为180度，旋转角度φ为0度，所述张角是指圆弧的圆心角，所述旋转角度是指圆弧两端的连线与水平方向的角度；所述圆弧形金属薄膜的厚度t与其采用的金属材料的电阻率相匹配以获得最佳光吸收效果；所述圆弧形金属薄膜的长度l不小于工作波长的5倍，宽度即为圆弧的弧长；所述金属衬底的厚度h能满足入射光的透射率接近0；所述工作波长是指光吸收器具有最大吸收率的波长，所述吸收率＝1-透射率-反射率；

工作波长的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金属微结构单元长度方向时，光的透射率为0，反射率接近于0，吸收率接近1；工作波长的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向平行于金属微结构单元长度方向时，入射光的反射率超过90％。

2.如权利要求1所述的全金属光吸收器，其特征在于，所述工作波长的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金属微结构单元长度方向时，光的透射率为0，吸收率不小于95％。

3.如权利要求2所述的全金属光吸收器，其特征在于，所述工作波长的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金属微结构单元长度方向时，光的透射率为0，吸收率不小于99％。

4.如权利要求1所述的全金属光吸收器，其特征在于，所述张角θ的容忍度为140～220度；所述容忍度是工作波长的入射光垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金属微结构单元长度方向时，光的透射率为0，吸收率不小于90％。

5.如权利要求1所述的全金属光吸收器，其特征在于，所述旋转角度φ的容忍度不大于30度；所述容忍度是工作波长的入射光垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金属微结构单元长度方向时，光的透射率为0，吸收率不小于90％。

6.如权利要求1所述的全金属光吸收器，其特征在于，所述金属衬底具有光滑平整的上表面且厚度h不小于50nm。

7.如权利要求1所述的全金属光吸收器，其特征在于，所述金属微结构单元的排列周期a为700nm；所述圆弧的内径R＝200nm，外径为R+t。

8.如权利要求1所述的全金属光吸收器，其特征在于，所述金属微结构单元和金属衬底选用金属材料不要求一致，所述金属材料为金、银、铂、铜、铝、铁中的任意一种。

9.如权利要求8所述的全金属光吸收器，其特征在于，所述金属微结构单元的材料为金属铝，金属微结构单元的厚度t为10nm，工作波长为1630nm；所述金属微结构单元的材料为金属铜时，金属微结构单元的厚度t为15nm，工作波长为2040nm。

10.一种方法，其特征在于，用于制备权利要求1至9任意一项所述的全金属光吸收器，具体包括：

制备光吸收器的金属衬底；所述金属衬底为厚度h不小于50nm的金属片；或者，

所述金属衬底为形成于基片表面且厚度h不小于50nm的金属薄膜；

制备周期性排列的金属微结构单元，包括以下步骤：

S1、利用飞秒脉冲双光子激光直写方法制备阵列排布的圆柱形结构；

S2、利用电子束蒸发镀膜技术在圆柱形结构的上表面镀上一层厚度为t的金属薄膜，以形成具有圆弧形金属薄膜结构的圆柱形结构；

S3、在制备好的金属衬底上表面旋涂一层树脂作为黏合层，再将步骤S2完成的圆柱形结构倒置放置在金属衬底上，使圆弧形金属薄膜和金属衬底通过树脂黏合，所述树脂的黏合力大于圆弧形金属薄膜在圆柱形结构表面的附着力；

S4、通过剥离法将圆柱形结构剥离，暴露金属圆弧形金属薄膜上表面。

S5、利用有机溶剂溶解树脂，直到只留有金属衬底和其上方的圆弧形金属薄膜结构；至此完成所述全金属光吸收器的制备。

说明书

技术领域

本发明属于光电功能器件技术领域，具体涉及一种通过三维立体微结构单元的设计和空间排布实现光吸收的光学功能。

背景技术

现有的光吸收材料大多都是利用金属-介质-金属的三明治结构来构造。这样的器件在吸收光能时，吸收发生在介质层，由于结构不是全金属连续，因此原理上散热效率和结构的导电性受到影响。目前，虽然有少数报道可利用金属薄膜的复杂结构制备三维结构光吸收器，但相关的吸收器依赖于高质量的三维全金属薄膜制备，结构制备难度高，并且实验制备的偏差对光吸收的效果会有不小的影响。

发明内容

为进一步加强全金属光吸收器的吸收效果和实用性，本发明在提出一种全金属光吸收器及其制备方法，在工作波长，可通过仅改变入射光偏振态方向就实现高效率光吸收和高效率光反射的灵活转换。并且，本发明所设计的光吸收器结构具有较高的结构参数容忍度，制备过程中即使结构参数在一定范围内发生改变，仍可以获得高效率的光吸收效果。本发明中的容忍度是工作波长的入射光垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金属微结构单元长度方向时，光的透射率为0，吸收率不小于90％。本发明允许全金属光吸收器(更具体的说是指其中的金属微结构单元)的结构参数在设计目标值附近有一定的变化范围，这无论是对于实验还是后续产业化都非常有用，因为这种基于三维立体微结构单元的全金属光吸收器在制备过程中，很难保证这些结构参数不会和目标参数有一定偏差，这种高容忍度的结构设计可以使得器件制备过程中即使出现一定偏差时，器件的性能得以保持。

本发明的技术方案如下：

本发明公开一种全金属光吸收器，包括金属衬底及布置在金属衬底上表面周期性排列的金属微结构单元；所述金属微结构单元为圆弧形金属薄膜结构，所述金属薄膜的截面为圆弧形，圆弧的弧面与衬底接触，开口背离衬底；所述圆弧形金属薄膜的圆弧张角θ为180度，旋转角度φ为0度，所述张角是指圆弧的圆心角，所述旋转角度是指圆弧两端的连线与水平方向的角度；所述圆弧形金属薄膜的厚度t与其采用的金属材料的电阻率相匹配以获得最佳光吸收效果；所述圆弧形金属薄膜的长度l不小于工作波长的5倍，宽度即为圆弧的弧长；所述金属衬底的厚度h能满足入射光的透射率接近0；所述工作波长是指光吸收器具有最大吸收率的波长，所述吸收率＝1-透射率-反射率；

作为一种优选方案，所述工作波长的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金属微结构单元长度方向时，光的透射率为0，吸收率不小于95％。

作为一种优选方案，所述工作波长的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金属微结构单元长度方向时，光的透射率为0，吸收率不小于99％。

作为一种优选方案，所述张角θ的容忍度为140～220度。

作为一种优选方案，所述旋转角度φ的容忍度不大于30度。

作为一种优选方案，所述金属衬底具有光滑平整的上表面且厚度h不小于50nm。作为一种优选方案，所述金属微结构单元的排列周期a为700nm，所述圆弧的内径R＝200nm，外径为R+t。

作为一种优选方案，所述金属微结构单元和金属衬底选用金属材料不要求一致，所述金属材料为金、银、铂、铜、铝、铁中的任意一种。

作为一种优选方案，所述金属微结构单元的材料为金属铝，金属微结构单元的厚度t为10nm，工作波长为1630nm。

作为一种优选方案，所述金属微结构单元的材料为金属铜时，金属微结构单元的厚度t为15nm，工作波长为2040nm。

本发明还公开一种方法，用于制备具有上述任意一项方案所述的全金属光吸收器，具体包括：

制备光吸收器的金属衬底；所述金属衬底为厚度h不小于50nm的金属片；或者，所述金属衬底为形成于基片表面且厚度h不小于50nm的金属薄膜；

制备周期性排列的金属微结构单元，包括以下步骤：

S1、利用飞秒脉冲双光子激光直写方法制备阵列排布的圆柱形结构；

S2、利用电子束蒸发镀膜技术在圆柱形结构的上表面镀上一层厚度为t的金属薄膜，以形成具有圆弧形金属薄膜结构的圆柱形结构；

S4、通过剥离法将圆柱形结构剥离，暴露金属圆弧形金属薄膜上表面。

S5、利用有机溶剂溶解树脂，直到只留有金属衬底和其上方的圆弧形金属薄膜结构；

至此完成所述全金属光吸收器的制备。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提出了一种全金属光吸收器，利用全金属结构实现对于工作波长的光的高效率吸收，吸收率可高达99％。

(2)本发明这种光吸收器采用全金属结构，有利于在光吸收过程中，吸收的能量通过散热的形式快速导出，避免结构的热损伤。并且，整体可实现电流导通，可以用于制备电控器件，譬如动态光吸收开关，动态光吸收波长调制等。

(3)本发明的光吸收器的金属微结构单元为自支撑结构，相比于之前的设计不需要有任何支撑结构，设计制备更加简单，需要的材料种类也更少。

(4)本发明的光吸收器可以利用多种金属材料制备，从贵金属金或银，到较为廉价的铜和铝，通过光吸收器上部分调节金属微结构单元的薄膜厚度都可以实现高效率的光吸收效果。

(5)本发明中这种光吸收器具有一定的参数容忍度，也就是当一些结构参数、工艺参数出现偏离时，光吸收性质仍然可得以保持，这种参数容忍度大大降低了对加工制备的精度要求，降低了技术难度，从而大大提升了制备的效率和良品率。

说明书附图

图1中：图1(a)是全金属光吸收器的结构整体示意图；图1(b)全金属光吸收器金属微结构单元的立体结构示意图；图1(c)是全金属吸收器金属微结构单元的截面示意图；图1(d)是入射光偏振方向沿着x方向时的透射率、反射率和吸收率随波长变化的曲线；图1(e)是入射光偏振方向沿着y方向时的透射率、反射率和吸收率随波长变化的曲线；图1(f)是入射光偏振方向沿着x方向时的能流密度矢量分布图；图1(g)是入射光偏振方向沿着y方向时的能流密度矢量分布图。

图2中：图2(a)是光吸收器上层金属微结构单元产生旋转偏差的示意图；图2(b)是偏差旋转了0°时候的光吸收率；图2(c)是偏差旋转了10°时候的光吸收率；图2(d)是偏差旋转了20°时候的光吸收率；图2(e)是偏差旋转了30°时候的光吸收率；图2(f)是偏差旋转了40°时候的光吸收率。

图3中：图3(a)是光吸收器上层金属微结构单元张角角度产生偏差的示意图；图3(b)是张角为120°时的光吸收率；图3(c)是张角为140°时的光吸收率；图3(d)是张角为160°时的光吸收率；图3(e)是张角为180°时的光吸收率；图3(f)是张角为200°时的光吸收率；图3(g)是张角为220°时的光吸收率；图3(h)是张角为240°时的光吸收率。

图4中：图4(a)是金属微结构单元不发生旋转，且张角为180°时，工作在光吸收波长的电场强度分布图；图4(b)是金属微结构单元绕y旋转40°，且张角为180°时，工作在光吸收波长的电场强度分布图；图4(c)是金属微结构单元不发生旋转，且张角为120°时，工作在光吸收波长的电场强度分布图；图4(d)是金属微结构单元不发生旋转，且张角为240°时，工作在光吸收波长的电场强度分布图。

图5中：图5(a)是光吸收器上层金属微结构单元产生旋转偏差的示意图；图5(b)是偏差旋转了0°时候的光吸收率；图5(c)是偏差旋转了30°时候的光吸收率。

图6中：图6(a)是光吸收器上层金属微结构单元张角角度产生偏差的示意图；图6(b)是张角为140°时的光吸收率；图6(c)是张角为220°时的光吸收率。

图7是全金属光吸收器的制备过程示意图。

具体实施方式

本发明公开一种全金属光吸收器(简称“光吸收器”)，包括金属衬底以及布置在金属衬底上表面周期性排列的金属微结构单元，其中，金属微结构单元的截面为半圆弧形，整体为具有半圆弧形曲面特征的薄膜结构，因此这里的“金属微结构单元”又可称“半圆弧形薄膜”。工作带宽的光垂直半圆弧形薄膜长度方向偏振(偏振沿x方向，即电场分量方向)且垂直入射到光吸收器上时，透射率等于0，吸收率接近100％，反射率小于10％，甚至可低至1％，此时透射率和反射率几乎为0，光几乎被吸收器完全吸收。当偏振方向旋转90°，平行于半圆弧形薄膜长度方向(偏振沿y方向)时，工作带宽的入射光的反射率超过90％，此时光被高效反射。

并且在实际制备时，光吸收器对该金属微结构单元的结构参数具有一定的容忍度，也即：当金属微结构单元在金属衬底上发生旋转时，仍然可以保持较高的吸收率；圆弧形薄膜的张角在180度附近变化时，也仍然可以保持较高的吸收率。通过电场分析显示，吸收器在光吸收状态下，半圆弧形薄膜的两端点处电场产生增强。在金属微结构单元发生一定范围内的旋转以及张角角度发生一定范围内的变化时，这种电场振荡模式可以保持，从而使得光吸收器对光的强吸收作用具有一定的结构参数容忍度。

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

结合图1(a)至图1(c)所示，半圆弧形金属微结构单元沿着x方向以a为周期进行排列，为了避免散射，y方向薄膜的长度l大于或等于5倍光吸收的工作波长即可，具体长度不受限制，例如，工作波长为1500nm时，长度l至少为7500nm。下方的金属衬底为一整块片状的完整金属结构，为避免光的透射，金属衬底的厚度h通常应超过50nm，换句话说，只要可保证透射率小于1％即可，具体厚度没有要求。衬底上方的金属微结构单元为开口朝上的半圆弧形。上方的金属微结构单元和下方的金属衬底在本实施例中选用的是铝，当然，金属微结构单元和金属衬底也可以采用不同类型的金属材料，具体可以选择贵金属金、银、铂等，也可以选择普通金属，如铜、铝、铁等。整个光吸收器的结构设计中最重要的参数是金属微结构单元的厚度t，该参数需要和金属材料种类相匹配，以获得或接近最佳的光吸收效果。在实用操作中，可预先通过计算机进行模拟以挑选合适的厚度参数，作为后续实验或调试的基础。

本实施例中，金属微结构单元也即半圆弧形薄膜的长度l＝50000nm，厚度t＝10nm，排列周期a＝700nm，圆弧的内径R＝200nm，金属衬底的厚度h＝2000nm。在此结构参数下，光吸收器的工作波长是1630nm。

图1(d)是模拟的光沿着x方向偏振，传播方向为-z方向，入射到光吸收器时候的光透射率、反射率和吸收率。模拟的波长范围是1000nm-2500nm。由于下方金属衬底的厚度大于50nm，光无法穿透金属衬底，因此透射率为0。光反射率曲线在1630nm处降低到0.5％，此时光的反射几乎完全消失。根据公式：吸收率＝1-透射率-反射率，计算在1630nm处光的吸收率为99.5％，入射光的能量几乎完全被光吸收器所吸收，此波长可称为工作波长；而在1630nm±30nm范围内，吸收率均大于90％，因此也可将此带宽定义为工作带宽。

图1(e)是模拟的光沿着y方向偏振，传播方向为-z方向，入射到光吸收器时候的光透射率、反射率和吸收率。模拟的波长范围是1000nm-2500nm。由于下方金属衬底的厚度h大于50nm，光无法穿透金属衬底，因此透射率为0。光反射率曲线始终大于80％，相应的吸收率也低于20％。在波长大于1300nm时，反射率始终大于90％，吸收率低于10％。由此可见，当入射光的偏振方向从x方向变为y方向后，在工作波长光吸收器便可以转化为光反射器件。由此可见，该光吸收器是在光吸收器状态工作还是光反射器状态工作，主要取决于入射光的偏振态，这种功能通常称之为偏振相关或者偏振敏感的光吸收。

图1(f)和(g)是模拟的在1630nm波长，入射光偏振方向为x方向和y方向时的能流密度矢量。从图1(f)可以看出当入射光沿着x方向偏振时，入射光能量沿着-z方向入射到金属微结构单元，并且向金属微结构单元的内部和下方聚集，能流整体方向向下，并最终消失被光吸收器吸收。而图1(g)图中所示，在空间中能流密度矢量的强度要远小于图1(f)。这是由于光线被金属微结构单元反射时，入射向下的能量和反射向上的能量相互抵消，因此空间中的能流密度矢量几乎为0。图1(f)和(g)的明显区别，显示了随着入射光偏振方向的变化，光吸收器从高效率的光吸收功能转变成为了高反射功能。也就是说，当入射光偏振方向改变，会使得这里的光吸收器作为光吸收器工作或者作为光反射器工作，也即，当入射光偏振方向沿着x方向时，具有90％，甚至达到99.5％的光吸收率；当入射光偏振方向沿着y方向时，则有超过90％的光反射率。

图2(a)中显示的是图1所示金属微结构单元的结构参数旋转角度发生改变的情况。金属衬底上部的金属微结构单元以y方向为轴，绕轴旋转了角度φ(即旋转角度)，也即圆弧形两端的连线与水平方向的夹角。在实验样品制备及后续产业化制备中，出现类似的旋转可能会非常常见，图2(b)-图2(f)模拟的是不同旋转角度φ情况下，全金属光吸收器的吸收率。可以看出，逐渐增加旋转角度φ，从φ＝0°增加到φ＝30°，在吸收率曲线上始终都有一个明显的高强度吸收峰。如图2(c)，φ＝10°时，工作波长吸收率最高为99.2％；如图2(d)，φ＝20°时，1580nm波长吸收率最高为98.2％；如图2(e)，在φ＝30°也就是产生了明显的旋转情况下，仍然可以在1520nm波长实现96.0％的吸收率；如图2(f)，φ＝40°时，1490nm波长吸收率最高为85.3％。这意味着该结构设计对于金属微结构单元绕y轴旋转这一结构参数具有较高的容忍度。并且，从原理上也可以通过旋转角度φ的变化来微调光吸收的工作波长。该结构参数的容忍度具有实际意义，光吸收器制作过程中，将金属微结构单元转移到金属衬底上时，很容易造成一定旋转角度的偏差，而对于旋转角度参数的容忍度可以一定程度上降低对于加工精度的苛刻要求。

图3(a)图示的是另外一种结构参数圆弧张角(即圆弧的圆心角)的变化情况。张角θ＝180°时表示此时金属衬底上的半圆弧形薄膜是完美的半圆弧形结构。当张角θ<180°时，表示此时的圆弧为小于半圆的劣弧，当张角θ>180°时，表示此时的圆弧为大于半圆的优弧。图3(b)-图3(h)显示了张角θ从120°到240°的变化时吸收率的变化情况。可以看出张角在120°到240°变化范围内，始终都存在一个明显的高强度吸收峰位，从当张角θ＝180°时吸收率最高为99.5％，当张角θ＝140°时，1330nm波长吸收率最高为99.1％，当张角θ＝220°时，1910nm波长吸收率最高为96.3％。而张角θ＝120°时，吸收率最高则为89％，张角θ＝240°时，吸收率最高为90.4％.可见张角θ这一结构参数的容忍度较高，在有80°的偏差范围内，都可以实现吸收率超过95％。此外，从图3还可以看出，在张角140°时，吸收率最高峰位置也就是光吸收器的工作波长蓝移到1330nm；张角为220°时，工作波长红移到1910nm。因此，从原理上可以通过对张角θ的变化来微调光吸收的工作波长。圆弧张角的容忍性对于实际结构制备中同样具有意义，在利用镀膜方法制备金属微结构单元时，可能因为镀膜工艺的偏差造成张角θ偏离180°，也就是所制备的光吸收器上半部分的半圆弧形曲面结构不再是完美的半圆弧形，而此参数的容忍度也降低了对镀膜精确度的苛刻要求。

图4(a)显示的是没有结构参数偏离时候(即θ＝180°，φ＝0°，半圆弧形薄膜是一个放置在水平衬底上，两端边缘在同一高度的完美半圆弧形曲面结构)的光吸收器在工作波长下的电场强度图。图4(a)中金属微结构单元的上方两个端点处有明显的电场增强。需要说明的是，这里的两个端点在三维的金属微结构单元中实际上是半圆弧形薄膜的沿长度方向的两条边。图4(b)显示的是金属微结构单元出现旋转偏差，旋转角度φ＝＝40°时的工作波长下的电场强度图。可以看出，在发生了40°旋转偏差的情况下，电场模式和图4(a)一致，依然是金属微结构单元的两个端点处有明显的电场增强。图4(c)和图4(d)显示的是发生了张角θ偏离时，光吸收器在工作波长下的电场强度图，其中，图4(c)中张角θ＝120°，图4(d)中张角θ＝240°。图4(c)和图4(d)中的电场模式同样和图4(a)一致，都是金属微结构单元的两个端点处有明显的电场增强。总的说来，图4显示，在两种结构参数发生偏离时，光吸收器的电场模式保持不变，因此光吸收功能可以得以保持。

需要说明的是，虽然本发明所述全金属光吸收器对金属微结构单元的结构参数(张角、旋转角度)有较高的容忍度，但在实际制备过程中，目标金属微结构单元通常设置为半圆弧形曲面结构(即张角为180°)，旋转角度φ为0。本实施例中，实际制备过程中，张角θ的容忍度(即偏差)可达±60°，即可接受的张角θ为120°～240°；旋转角度φ的容忍度(即偏差)可达±30°，即可接受的旋转角度φ为30°。换句话说就是，在上述偏差范围内，光吸收器仍可以保持较高的光吸收效果。

此处再提供另一实施例，与上述实施例不同之处主要在于金属材料选择不同，即将金属微结构单元的金属材料换成铜。当金属材料换成铜之后，金属电导率发生了变化，相应的薄膜厚度相应调整，薄膜厚度t＝15nm。工作波长为2040nm，工作带宽大约在2000nm-2070nm的波段内，在此带宽内可以保持90％以上的吸收率。

图5(a)是采用金属铜的半圆弧形薄膜发生旋转的示意。图5(b)是半圆弧结构不发生旋转，也就是φ＝0°时，可以在2040nm波长处获得99.1％的光吸收率。如图5(c)，当旋转角度φ为30°时，工作波长发生蓝移，但仍可以在1960nm波长获得91.9％的光吸收率。可见，该实施例中，旋转角度φ的容忍度同样可达±30°。

图6(a)的是采用金属铜的半圆弧形薄膜的圆弧张角的变化情况。半圆弧结构张角θ＝140°时(图6(b))，在1840nm处获得94.3％的光吸收率，当张角θ＝180°时(图6(c))，在工作波长2040nm获得99.1％的光吸收率，张角θ＝220°时(图6(d))，在2260nm处获得96.2％的光吸收率。可见，该实施例中，可接受的张角θ为140°～220°，甚至可以更宽。

由此可见，金属材料除了文中举例用的铝之外，还可以换成其他金属材料，例如这里的铜，不同的金属材料所对应的半圆弧薄膜厚度需要进行相应的调整，但不同金属材料情况下，该发明所提出的光吸收器，仍然具有相关结构参数的高容忍度。

本发明所公开的光吸收器的制备方法也较为简单，可基于现有技术实现。下面给一种制备光吸收器的方法，该光吸收器的金属微结构单元具有半圆弧形曲面结构的特征，主要包括以下步骤：

首先，制备作为光吸收器的金属衬底。

衬底的制备至少有两种方案，一种是直接使用金属片(通常厚度远大于50nm)作为金属衬底，比如铝片，在一面进行平整化处理，使得金属衬底的上表面平整光滑。另一方法是使用标准半导体工艺的基片，例如，硅片、石英片、蓝宝石基片等，利用磁控溅射或者电子束蒸发等方法在上表面镀上一层满足厚度要求的连续平整金属薄膜。基片表面的金属薄膜的厚度应不小于50nm，在满足该要求情况下具体数值无要求，这层金属薄膜即为金属衬底。制备完成的金属衬底不仅能阻止光透射过去，同时还能实现高反射性。

然后，制备周期性排列的金属微结构单元。

金属微结构单元的制备方法没有强制性要求，可以利用多种方法制备。结合图7所示，此处给出一种金属微结构单元的制备方法，主要包括以下子步骤：

S1、利用飞秒脉冲双光子激光直写方法制备周期性排布的圆柱形结构。

S2、利用电子束蒸发镀膜技术在圆柱形结构的上表面镀上一层厚度为t的金属薄膜，形成的目标金属薄膜为半圆弧形曲面结构。由于电子束蒸发镀膜具有方向性强的特点，正常情况下只会从上半部分镀膜，进而形成半圆弧形曲面薄膜。当然，此处即使出现工艺偏差，只要圆弧的张角在容忍度范围内即可。

S3、在金属衬底一面旋涂一层作为黏合层的树脂，例如，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，再将子步骤S2形成的结构倒置放置在金属衬底上，使半圆弧形薄膜和金属衬底通过PMMA树脂黏合，此处PMMA树脂可起到黏合与保护半圆弧薄膜的作用。

S4、由于在半圆弧金属薄膜的下表面PMMA树脂的黏合力大于上表面蒸发镀膜的附着力，因此可以采用剥离的方法，将圆柱形结构剥离，从而暴露金属半圆弧薄膜上表面。

S5、利用有机溶剂，例如，丙酮、二氯乙烷等，溶解PMMA树脂直到只留有全金属衬底和上方的金属半圆弧薄膜结构后，全金属光吸收器制备完成。

综上所述，本发明所提出的全金属光吸收器由全金属材料构成，其中的金属微结构单元本身结构是自支撑的，不再需要有任何介质层或者支撑材料，所产生的热量可以迅速通过金属散热，器件导热效率高。另外，由于金属连续的特性，吸收器整体上可实现电流导通，这样的设计可以实现电调控，有利于电控器件的设计制备。另外值得一提的是，本发明对于金属微结构单元的制备过程中的偏差具有相当的容忍度，当金属微结构单元较目标结构产生一定的结构变化时，仍然可以保持高效率的光吸收效果。此外该全金属光吸收器可以兼容多种制备方案，支持多种金属材料，实际生产制备中对于制备方法和工艺没有强制要求。

最后需要说明的是，尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

一种全金属光吸收器及其制备方法专利购买费用说明