[發(fā)明專利]一種多波段的全金屬多功能波片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010577184.3
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111624693B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢沁宇;黃天鷂;王欽華
• 申請（專利權(quán)）人: 揚州大學(xué)
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B5/30
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務(wù)所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

一種多波段的全金屬多功能波片及其使用方法，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，波片整體結(jié)構(gòu)上以鎳為基底，過渡層使用鋁材料，光柵層為銦材料制成，利用反射過程中的相位延遲，可以實現(xiàn)在正入射光偏振角度為45°時將入射的405 nm激光波段的偏振角度改變，同時將808 nm激光波段的線偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光的效果，通過參數(shù)調(diào)整，可以使振幅比同時達到1.003和1.041，相位差完全符合要求，可以達到一個較好的偏振效果。可以在常見激光波長405 nm處作半波片，同時在808 nm處可以作為四分之一波片使用；通過參數(shù)調(diào)整，可以使其在0.382um～2.076um處作四分之一波片，在0.40 um～1.206 um處作半波片，且同時工作在多波段。在光束操縱、激光器中的偏振旋轉(zhuǎn)反饋、偏振光的實時檢測等方面具有較高的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種波片及其使用方法，具體的說是涉及一種多波段的全金屬多功能波片及其使用方法。

背景技術(shù)

一直以來，操控與控制光的偏振態(tài)在光學(xué)研究中占據(jù)重要地位，而偏振器件是光學(xué)信息處理與測量等系統(tǒng)中重要的光學(xué)元件。在過去，人們最早通過雙折射晶體本身折射率的不同來控制正交分量的延遲，但這種方式往往只能對短波長部分進行偏振態(tài)調(diào)控，并且體積龐大，集成困難。

近年來，人們逐步發(fā)現(xiàn)亞波長結(jié)構(gòu)的光柵同樣具有優(yōu)良的偏振特性，并進行了大量的相關(guān)研究。理論和實驗表明，當光柵的周期尺寸接近或者小于入射光波長時，將表現(xiàn)出較強的偏振特性，利用亞波長結(jié)構(gòu)光柵的偏振特性，可以制作各種偏光器件，如偏振光檢測器、偏振分束器、相位延遲器、各種波片等。對于亞波長結(jié)構(gòu)光柵入射光的偏振態(tài)控制逐漸引起人們研究。對此而言，光的偏振態(tài)的改變常常被應(yīng)用在透射光路中，大部分研究也圍繞此展開。但是隨著柔性、易彎曲材料的蓬勃發(fā)展，反射模式下的偏振轉(zhuǎn)換也開始被人研究。

2014年，Lin等人設(shè)計了三種不同參數(shù)的納米光柵結(jié)構(gòu)，作為可分別將激光波段488 nm、532 nm和632.8 nm的線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光的四分之一波片。

2015年，Dai等人設(shè)計了一種具有高透射率的工作在近紅外波段的四分之一波片，這種波片工作的中心波長為1.71 um，工作帶寬為0.14 um，可以達到94%～98%的轉(zhuǎn)換效率。這些設(shè)計成像效率高，具有較高的偏振效率，但主要工作在不常見的太赫茲和近紅外波段，實用性具有一定限制。

2016年，Miho Ishii等人改進設(shè)計了一種嵌入二氧化硅中的以金作為材料作為陣列的四分之一波片，工作在600 nm～800 nm的寬帶波長范圍內(nèi)，透射率約為60%，相位延遲為165°。

2017年，Zhu等人設(shè)計了一種亞波長破碎形狀陣列的超薄亞波長四分之一波片。該結(jié)構(gòu)是由兩對垂直方向的狹縫嵌入一層銀膜而構(gòu)成，特征為在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上添加了矩形環(huán)四個角的重疊部分，由此顯著減小了金屬膜的厚度。主要工作在1.55 um處，在1525 nm到1565 nm的波長范圍內(nèi)，相位差的變化小于2%，振幅比從0.93到1.03不等。這些透射式波片設(shè)計都很好實現(xiàn)了波片的功能，但是材料較為昂貴，并且具有整體制造復(fù)雜的特點。Ge等人則通過采用一種基于高阻硅的介質(zhì)材料，最終設(shè)計出了一種工作在太赫茲的具有超寬波段的波片，實現(xiàn)了在超寬波段將入射的線偏振光轉(zhuǎn)換成出射的圓偏振光，可以作為工作在1.13～1.41 THz波段的結(jié)構(gòu)簡單的四分之一波片。Hu等人提出并演示了一種基于納米光柵結(jié)構(gòu)的全金屬柔性反射多波段波片，該多波段波片在兩個波長(λ=465 nm和λ=921 nm)下作為四分之一波片，在另一個波長(λ=656 nm)下作為半波片。這些波片設(shè)計以針對多個波段，但是不可避免存在需要多個結(jié)構(gòu)支持、或者存在較大偏振效果誤差的特點。

2019年，Wang等人設(shè)計了一種在27 nm厚的銀膜上構(gòu)造一個亞波長孔狀的周期陣列的四分之一波片，實現(xiàn)了波段寬達到525 nm，同時透射率達到44%的高傳輸效率的效果，中心波段為1550 nm。