[發明專利]一種金屬線柵寬帶偏振器及其制備方法

無效

• 申請號: 200710168491.0
• 申請日: 2007-11-26
• 公開（公告）號: CN101183158A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 楊振宇;陸培祥;戴能利;楊光;李玉華;龍華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;C23C28/00;C23C16/00;C23C14/35
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于光學系統中的光學器件，特別涉及一種金屬線柵偏振器及其制備方法。

背景技術

偏振器一般可以被分為：分色偏振器，各向異性晶體偏振器，布氏角偏振器以及線柵偏振器。但是上述每一種偏振器都只能夠對應一個較小的和相對固定的工作波長范圍。對于很多光學和光電子學應用領域來說，人們都希望得到一種寬帶的偏振器，它的工作波長范圍能夠覆蓋整個紫外-可見-紅外光波段。

納米金屬線柵偏振器就是這樣一種能夠達到這一要求的器件。到目前為止，在無線電波、微波和遠紅外領域亞波長金屬線柵偏振器已經得到了廣泛的應用。而且隨著納米加工技術的不斷發展，制備出線條更小的這種偏振器，并將其應用到近紅外、可見、甚至紫外光波段也已經成為可能。2005年，美國普林斯頓一研究所和中國武漢郵電科學研究院分別利用紫外光納米壓印方法和電子束刻蝕方法在玻璃基板上制備成功200納米線寬的金屬線柵偏振器，該偏振器的工作波長在1520-1570納米的通信波段。2006年，瑞士微納技術研究所和美國普林斯頓一研究所運用深紫外相干刻蝕技術成功的在玻璃基板上制備出線寬在100納米的金屬線柵偏振器，其工作波段范圍達到了300-900納米。這些最新的研究成果都證明了利用金屬線柵偏振器可以實現器件在近紅外、可見、及紫外波段工作，但是科研人員始終沒有解決用一個偏振器可以同時工作在紅外、可見、及紫外波段這一難題。2007年中國武漢華中科技大學一研究小組提出了一種在氟化鈣基片上鍍金屬鋁納米線柵結構的偏振器，其工作波長能夠達到300-5000納米，參見文獻Z.Y.Yang?and?Y.F.Lu，″Broadband?nanowire-grid?polarizers?in?ultraviolet-visible-near-infraredregions，″Opt.Express，vol.15，no.15，Jul.2007，pp.9510-9519，但是這一偏振器的結構非常復雜，它需要在基板的上下兩個表面都制備出金屬納米線柵，這大大增加了制作的工藝難度。

發明內容

本發明提出一種金屬線柵寬帶偏振器，同時提供其制備方法，目的在于使其具有高的偏振光消光比和光通量，同時結構簡單，工作波長范圍寬。

本發明的一種金屬線柵寬帶偏振器，在基板上沉積出平行條狀金屬鋁納米線柵，其特征在于：所述基板為在紫外到紅外波段均透明的光學材料；所述金屬鋁納米線柵的結構參數為：線柵周期長度40-80納米，線柵占空比60％-40％，線柵厚度40-80納米，層間距10-20納米。

所述的金屬線柵寬帶偏振器，所述基板的光學材料為氟化鈣、氟化鎂或氧化鋁。

本發明金屬線柵寬帶偏振器的制備方法，包括下述步驟：

(1).對基板進行清洗；

(2).用化學氣相沉積的方法在基板表面沉積一層保護膜；

(3).在保護膜上旋涂一層光刻膠；

(4).在光刻膠表面形成納米線柵結構，暴露出相應部分的保護膜；

(5).用反應離子刻蝕設備在保護膜上刻出納米線柵結構，暴露出相應部分的基板；

(6).用反應離子刻蝕設備在基板上刻出納米線柵結構，刻蝕深度為50-100納米；

(7).用反應離子刻蝕設備除去基板上剩余的保護膜；

(8).用磁控濺射設備在基板垂直表面鍍上鋁金屬膜，鋁金屬膜厚度為40-80納米，形成平行條狀金屬鋁納米線柵。

所述的金屬線柵寬帶偏振器的制備方法，其特征在于：在光刻膠表面形成納米線柵結構時，采用聚合物薄膜的納米自成型方法。

在本發明整個工藝過程中，關鍵是如何在光刻膠表面得到大面積納米線柵結構。聚合物薄膜的納米自成型方法是2007年9月由美國普林斯頓大學一研究小組首先提出的，參見文獻Leonard?F.Pease?III等，“Self-formation?of?sub-60-nm?half-pitch?gratings?with?large?areas?throughfracturing，”Nature?Nanotechnology，Vol.2，Sep.2007，pp-545-548.。采用聚合物薄膜的納米自成型方法，過程簡單，不需要預先制備掩模板，對線寬的控制比較方便，成形面積大，而且成本低。利用這種方法，目前已經制備出了線寬小于60納米的線柵結構。