[發明專利]基于異質結光柵的偏振濾波器及制備方法

有效

• 申請號: 201310080587.7
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103197366A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 翟天瑞;林遠海;張新平;劉紅梅;王麗
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G03F7/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于偏振濾波器技術領域，尤其涉及基于異質結光柵的偏振濾波器，利用激光干涉光刻方法制作大面積的異質結納米光柵，把金屬納米顆粒溶膠旋涂在納米光柵上，退火后即可得到金屬結構的異質結光柵，該器件具有偏振濾波功能。

背景技術

具有偏振濾波功能的金屬納米結構是國際上廣泛關注的研究課題，在實際應用和基礎研究中都具有重要意義。金屬納米光柵結構的傳統制作方法有：電子束光刻、反應離子束刻蝕、納米壓印技術等，但這些方法工藝復雜、設備昂貴、效率低，不利于偏振濾波器件的實際應用開發。而干涉光刻具有工藝簡單，能夠低成本地制作大面積無缺陷的各種納米結構。將干涉光刻引入異質結光柵結構的偏振濾波器件的制作具有重要的應用價值。

發明內容

本發明目的是提出一種基于異質結光柵的偏振濾波器，利用激光干涉光刻制作異質結光柵結構，再將金屬納米顆粒溶膠旋涂在異質結光柵結構上，退火后得到高效率的偏振濾波器。

一種基于異質結光柵的偏振濾波器，其特征在于，在基底上的一維激光干涉圖案由相鄰的兩種不同周期的金屬激光干涉圖案連接組成（見圖3），兩種激光干涉圖案的條紋方向一致，兩種不同周期的激光干涉圖案的周期之比（Λ₂/Λ₁）范圍為0.6-1.5，入射光所在的激光干涉圖案的周期Λ₁范圍為200nm-2000nm。

激光干涉圖案的薄膜厚度優選為50-500nm。所述的金屬優選金、銀或鉑。

本發明中一維異質結光柵金屬結構制備技術具體方案如下：

1)以500-4000rpm的轉速，以轉速為2000rpm時為最佳，將記錄介質溶液旋涂在基底上，獲得厚度均勻的記錄介質薄膜，薄膜的厚度為50-500nm；

2)將兩種不同周期的激光干涉圖案分別與連續記錄介質薄膜的兩個相鄰區域作用，并經過顯影、定影處理，形成相鄰的兩種不同周期的金屬激光干涉圖案，即記錄介質異質結納米光柵結構樣品，激光干涉光刻技術制備光柵結構的光路示意圖見圖1，制備異質結光柵結構的步驟見圖2；

3)將直徑為2-10nm的金屬納米顆粒溶解于有機溶劑中，制成40-100mg/ml的金屬納米顆粒溶膠；

4)將步驟3)中制備的金屬納米顆粒溶膠，以1500-4000rpm的轉速，旋涂在步驟2)中制備的一維異質結納米光柵結構上；

5)將步驟4)中制備的樣品在200-300℃的加熱板上或200-500℃電爐中加熱20-90s，得到基于異質結光柵的偏振濾波器，該器件的照片和原子力顯微鏡（AFM）圖像見圖3。

上述記錄介質為光刻膠；基底選自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片等；干涉光刻所用激光波長小于等于500nm；金屬納米顆粒為金、銀或鉑納米顆粒。所述的有機溶劑為二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、環己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一種。

本發明的優勢特點：

1)本發明制備的濾波器件帶寬隨入射光角度和異質結的周期比可連續調諧，濾波帶寬可以接近0，見圖4(理論結果)和圖5(實驗結果)。圖4中帶寬公式為Δλ=min(λ₂,λ₄)-max(λ₁,λ₃)，由光柵衍射反常條件得：對于周期為Λ₁的光柵來說λ₁=Λ₁sinθ+Λ₁；λ₂=Λ₁sinθ+n_sΛ₁；對于周期為Λ₂的光柵來說λ₃=Λ₂sinθ+Λ₂；λ₄=Λ₂sinθ+n_sΛ₂；θ為入射角；n_s為基底折射率（此處取玻璃折射率1.5）。

2)本發明方法無需使用昂貴的設備，成本低，可制備大面積一維異質結金屬光柵結構，重復性好，制備效率高。

3)本發明所制備的異質結光柵的兩個周期均可控。通過改變干涉光路的干涉角α₁和α₂，便可制備周期為200nm-2000nm的記錄介質光柵結構。

附圖說明

圖1、激光干涉光刻技術制備分布反饋式結構的光路示意圖