[實用新型]帶有介質和金屬線柵結構的紅外偏振器

有效

• 申請號: 201720838809.0
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN207008096U
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 孔園園;羅海翰;劉定權
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所31311
• 代理人: 李秀蘭

技術領域

本專利設計一種紅外偏振器，特別涉及一種帶有介質和金屬線柵結構的紅外偏振器。

背景技術

亞波長金屬線柵是由于結構的不對稱性而產生的對偏振光的敏感性，通過對基底材料、金屬材料、線柵槽內的填充材料以及占空比等參數的調控來達到對亞波長金屬線柵光學調控的目的。亞波長金屬線柵偏振器具有體積小、可集成化、設計靈活、對偏振光敏感等特點，在集成光學、微納器件等方面具有很大的應用潛力，在偏振成像、光電檢測、光學傳感、導航等領域具有很大的應用前景。因此設計和制備寬光譜、高TM波透射率和高消光比的線柵偏振器一直是人們的追求目標。

2005年，美國Nano Opto公司設計并制備了在1.52μm-1.57μm波段的周期為200nm的金屬線柵偏振器，該結構中在線柵的底部、中部和線柵的上部分別蒸鍍多層抗反射膜，TM透過率高達97％，消光比超過40dB，但是該偏振器引入了多層抗反射膜，且具有較高的深寬比(約7：1)，增加了制備的難度，不易大規模制備，見J.J.Wang,W.Zhang,and Z.Deng,et al.High-performance nano wiregrid polarizers.2005,Optics Letters.30(2):195-196。2008年，美國戴頓大學設計了在Si基底和Al線柵之間加一層50nm厚的SiO₂抗反射層的線柵偏振器，其工作波長為1.5-5μm，TM透過率高達70％，消光比大于40dB。但本文沒有解釋SiO₂作為抗反射膜層的物理機理，見Z.Wu,P.E.Powers,A.M.Sarangan et al.Optical characterization of wire grid micropolarizers designed for infrared imaging polarimetry[J].2008,Optics Letters,33(15):1653-1655。蘇州大學采用嚴格耦合波理論設計了一種基于一維亞波長金屬線柵結構的具有偏振和彩色濾光片功能的偏振型彩色濾光片，該結構是在低折射率聚甲基丙烯酸甲酯基底與金屬Al光柵之間加一層高折射率介質線柵層，透過率大于72.6％，消光比大于40dB，見葉燕,周云,張恒.金屬光柵型偏振彩色濾光片.2011,光學學報，31(4),0405003,1-7。

以上研究結果大部分都是采用均勻的介質膜層作為抗反射膜，采用介質線柵作為抗反射層的研究較少，且大部分用于可見光波段，本專利主要是將介質線柵層插入基底與金屬線柵之間，獲得更高的TM透射率和消光比，來滿足紅外波段對偏振器的要求。

發明內容

本專利的目的是提供一種帶有介質和金屬線柵結構的紅外偏振器。

本專利帶有介質和金屬線柵結構的紅外偏振器的結構為：從基底3自下而上依次是低折射率亞波長介質線柵層2、亞波長金屬線柵層1；

所述的低折射率亞波長介質線柵層2的折射率在1.3-2.4之間，厚度h1為30-200nm，低折射率亞波長介質線柵層2的材料采用MgF₂、SiO₂、或TiO₂。周期p是200-500nm，占空比w/p是0.4-0.6。

所述的亞波長金屬線柵層1周期和占空比與低折射率亞波長介質線柵層2相同，厚度h2是100-200nm，金屬材料選用Al、Cu、Ag或Au。

本專利優點在于：通過基底和亞波長金屬線柵之間插入一層具有同樣占空比的低折射率亞波長介質線柵層，可有效地提高線柵偏振器在中波紅外波段的TM偏振光的透射率和消光比。亞波長金屬線柵偏振器具有體積小、可集成化、設計靈活、對偏振光敏感等特點，在集成光學、微納器件等方面具有很大的應用前景。

附圖說明

圖1為本專利的帶有介質和金屬線柵結構的紅外偏振器結構示意圖。圖中1為亞波長金屬線柵層，2為低折射率亞波長介質線柵層，3為透明基底。

圖2為本專利實施例1中帶有介質和金屬線柵結構的紅外偏振器的TM、TE透射率與入射光波長關系圖。

圖3為本專利實施例1中帶有介質和金屬線柵結構的紅外偏振器的消光比與入射光波長關系圖。

圖4為本專利實施例2中帶有介質和金屬線柵結構的紅外偏振器的TM、TE透射率與入射光波長關系圖。

圖5為本專利實施例2中帶有介質和金屬線柵結構的紅外偏振器的消光比與入射光波長關系圖。