[發明專利]基于金屬納米光柵的微偏振片陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201610301633.5
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN105866873B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 張青川;張志剛;趙旸;程騰;伍小平
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G03F7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 鐘文芳

技術領域

本發明涉及微偏振片陣列技術領域，具體是一種全新的單層的微偏振片陣列及其制備方法，它的像素尺寸和像素陣列與所用圖像傳感器CCD相匹配，可在一次曝光成像中，提取和分析具有任意偏振狀態的入射光的光強和偏振的圖像信息，并可以進行實時相移分析。

背景技術

微偏振片陣列是一種用于測量光線經過不同透過方向的偏振片后各個偏振方向的光強的器件，通常與圖像傳感器(例如數碼相機)搭配使用從而獲得包含由該微偏振片陣列測得的各偏振分量的圖像，并可以進行實時相移分析。目前微偏振片陣列制備方法主要有基于聚乙烯醇薄膜刻蝕、基于光控取向的液晶材料以及基于金屬納米光柵幾種。

在美國專利US5,327,285A1中，S.M.Faris提出了幾種制備微線性偏振器的方法，其中包括對被已形成圖案的光刻膠覆蓋的聚乙烯醇薄膜進行選擇性的漂白/處理；對被已形成圖案的光刻膠覆蓋的聚乙烯醇薄膜進行選擇性的刻蝕，包括化學刻蝕、光化學刻蝕、準分子激光刻蝕和反應離子刻蝕；對聚乙烯醇薄膜進行機械切割和碾磨；形成通過帶圖案的銦錫氧化物電極施加電場控制的液晶單元。

在非專利文獻“Liquid-crystal micropolarizer array for polarization-difference imaging”(Applied Optics，vol.41，no.7，pp.1291-1296，2002)中，C.K.Harnett等人提出了一種基于液晶材料的以蒸發形式形成的金薄膜作為液晶取向層的微線性檢偏器陣列制備方法。其中金以預先確定的排列方向被蒸發到液晶材料的襯底層上，同時帶膠剝離技術被用來對蒸發形成的金膜形成圖案。這樣每增加一個液晶的微區域，就需要增多一次以預定方向的金薄膜蒸發和一次帶膠剝離來形成圖案。最終該方法可以形成兩個金取向層取向方向互相垂直的液晶區域。

在非專利文獻“Fabrication of a dual-layer aluminum nanowires polarization filter array”(Optics Express，vol.19，no.24，pp.24361-24369，2011)中，Viktor Gruev等人提出了雙層鋁納米線光柵偏振片檢偏器陣列(如圖1所示)，可得到能夠同時檢測兩個偏振方向的微偏振片陣列。這種方法需要在一個面上先后做兩層金屬納米線光柵陣列，如圖1a所示，若要做到四個不同的偏振方向，則需要制作四層金屬納米線光柵陣列，如圖1b所示，該四層金屬納米線光柵陣列的制作工藝為制作多層的微偏振片陣列，每個偏振方向為一層，這就帶來兩個問題：一，二氧化硅層的反復刻蝕和沉積會降低所需光線的透過率，層數越多則透射率越低；二，不同偏振方向的偏振片處于不同的層上，會降低工藝參數的一致性，導致不同偏振方向的性能分散；三，多次沉積鋁層和二氧化硅層會增加工藝流程復雜度，降低成品率，增加制作成本。因此，提出一種能夠提高所需光線的透射率并且將不同方向的微偏振片陣列集成到同一層上的制備方法，對于基于金屬納米線光柵結構的微偏振片陣列，具有重要的意義。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的缺陷，本發明提出一種基于金屬光柵的單層微偏振片陣列及其制備方法，該偏振片陣列可以在一次曝光成像中同時提取和分析任意偏振態的入射光的光強和偏振信息，并可以集成到圖像傳感器上從而實現實時的完備偏振成像，并可以進行實時相移分析。

根據本發明的一方面，提出一種基于金屬納米光柵的單層微偏振片陣列，該單層微偏振片陣列包括：高透光性的基底和基底上沉積的金屬膜刻蝕而成的金屬納米光柵，其中：

所述金屬納米光柵在所述基底上排列的方向并不完全相同，具有相同排列方向的相鄰金屬納米線構成的光柵為一個微偏振片，每個微偏振片的尺寸與感光元件芯片的像素尺寸相同。

根據本發明的另一方面，提出一種基于金屬納米光柵的單層微偏振片陣列的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

步驟1，對高透光性的基底進行雙面拋光清潔，然后分別采用電子束沉積、化學氣相沉積和旋涂的方法在基底材料上依次鍍上鋁層、二氧化硅 層和負光刻膠層；

步驟2，用激光器產生兩束光進行干涉，所產生的干涉條紋對光刻膠進行曝光，然后關掉干涉光源，在光刻膠上加掩模板，用傳統紫外曝光光源進行紫外過度曝光，曝光之后進行顯影定影，此時被掩模板遮擋區域未被干涉條紋曝光的部分被洗掉，被干涉條紋曝光的部分顯影后生成條紋結構；未被掩模板遮擋的部分被曝光充分，經顯影定影后留了下來；