微纳结构红外超宽带增透的物理机制和实现路径

陈嘉琳1，钟子恒2，倪凯1，2，周倩1，2，白本锋1（1清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器全国重点实验室；2清华大学深圳国际研究生院）

摘要：为满足红外超宽带增透的需求，通过多种电磁场分析方法研究光-微纳结构的耦合过程，深入分析了二元阵列与蛾眼结构的增透物理机制，指出超宽带增透的本质在于：构建一种在整个增透波段内波长不敏感的光阻抗匹配表面。尽管两种结构均满足该条件，但二元结构的优势往往被低估。研究发现，相较于蛾眼结构依赖其内部相位逐步匹配的方式，二元阵列通过光入射至结构表面的即时相位匹配，有效避免了增透效果对结构高度的依赖性，从而大幅降低了实现同等透过率所需的结构高度，并更易于设计与制备。实验结果表明：采用标准半导体工艺在硫化锌表面制备高度仅为1.4 μm 的浅层二元阵列，即可在8~12 μm 波段内将单侧平均透过率提升9.3 百分点，达到97%，该高度（1.4 μm）约为同等透过率下蛾眼结构高度的67%；在整个8~14 μm 长波红外波段内，单侧平均透过率提升8.4 百分点，达到96.2%。该结果展示了二元阵列易于设计、制备简便、超宽带增透性能优异等特点，有望将二元阵列推广至多种红外场景。

关键词：光学增透；红外光学；微纳结构；微纳加工