[發(fā)明專(zhuān)利]一種石墨烯線(xiàn)柵偏振器及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110205240.5
• 申請(qǐng)日: 2021-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113031144A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周旭;唐志列;徐小志;祁晉林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B5/30
• 分類(lèi)號(hào): G02B5/30
• 代理公司: 廣州駿思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44425
• 代理人: 吳靜芝

本發(fā)明涉及一種石墨烯線(xiàn)柵偏振器，所述石墨烯線(xiàn)柵偏振器包括光學(xué)基底和設(shè)于所述光學(xué)基底上的石墨烯線(xiàn)柵，所述石墨烯線(xiàn)柵由多個(gè)石墨烯條帶組成，所述石墨烯條帶是由石墨烯形成的條形帶狀薄層。本發(fā)明還涉及所述石墨烯線(xiàn)柵偏振器的制備方法。本發(fā)明所述的石墨烯線(xiàn)柵偏振器具備寬工作波長(zhǎng)范圍，其工作波段在可見(jiàn)光區(qū)域到近中紅外區(qū)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)器件，特別是涉及一種石墨烯線(xiàn)柵偏振器及其制備方法。

背景技術(shù)

光學(xué)線(xiàn)偏振器是一種重要的光學(xué)器件，可以將通過(guò)器件的光束轉(zhuǎn)換成偏振光。根據(jù)偏振光產(chǎn)生的原理，偏振器大致可以分為以下幾大類(lèi)：雙折射晶體類(lèi)偏振器、吸收類(lèi)偏振器、干涉薄膜類(lèi)偏振器、金屬線(xiàn)柵偏振器。其中：(1)雙折射晶體類(lèi)，主要由具有較高雙折射效率的晶體構(gòu)成，利用晶體的雙折射特性使不同的偏振態(tài)分離。(2)選擇吸收類(lèi)偏振器，主要由光學(xué)材料與偏振吸收材料共同組成，利用吸收材料的光學(xué)吸收特性使不同的偏振態(tài)分離。(3)偏振分光薄膜類(lèi)偏振器，主要是在光學(xué)基底鍍制多層光學(xué)介質(zhì)薄膜，利用光學(xué)薄膜的偏振效應(yīng)改變光的偏振。(4)金屬線(xiàn)柵類(lèi)偏振器，主要是通過(guò)在基底上制備平行線(xiàn)狀的金屬薄層。圓偏振光或者自然光的平行于金屬線(xiàn)振動(dòng)的光電場(chǎng)分量會(huì)激發(fā)金屬的自由電子沿著金屬線(xiàn)方向振蕩，導(dǎo)致平行于金屬線(xiàn)的光分量被共振吸收和反射。反之，垂直于金屬線(xiàn)方向的光電場(chǎng)由于不會(huì)共振激發(fā)金屬的電子，所以大部分會(huì)直接透射。這樣，入射光照射在金屬線(xiàn)柵偏振器上會(huì)發(fā)射平行于金屬線(xiàn)的線(xiàn)偏振光，并且透射垂直于金屬線(xiàn)的線(xiàn)偏振光。

石墨烯是一種由碳元素構(gòu)成的二維材料，單層石墨烯只有大約0.3納米厚度。石墨烯具有非常優(yōu)異的電學(xué)，光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，同時(shí)它還有比鉆石更高的機(jī)械強(qiáng)度，比銅和銀更高的導(dǎo)電性，以及非常好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性并且具有很寬的光譜共振吸收范圍。這些性質(zhì)都決定了它擁有廣闊的應(yīng)用前景，例如，光調(diào)制器、吸收器、成像器件、光電探測(cè)器和寬帶的起偏器等等。石墨烯在可見(jiàn)和紅外光波段透射率約高達(dá)97.7％，也就是說(shuō)在很寬的光譜范圍仍然具有恒定的吸光率(≈2.3％)。

目前報(bào)道的石墨烯偏振器的工作波段集中在遠(yuǎn)紅外到太赫茲波段，還沒(méi)有出現(xiàn)工作在可見(jiàn)光到近中紅外波段的石墨烯偏振器。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)并制備了一種工作在可見(jiàn)光到近中紅外波段的石墨烯線(xiàn)柵偏振器。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯線(xiàn)柵偏振器，包括光學(xué)基底和設(shè)于所述光學(xué)基底上的石墨烯線(xiàn)柵，所述石墨烯線(xiàn)柵由多個(gè)石墨烯條帶組成，所述石墨烯條帶是由石墨烯形成的條形帶狀薄層。

本發(fā)明所述石墨烯線(xiàn)柵偏振器的工作原理是：

當(dāng)自然光或圓偏振光入射時(shí)，平行于石墨烯線(xiàn)柵方向的偏振光分量與自由電子共振，一部分被共振吸收，另一部分發(fā)生共振反射產(chǎn)生反射線(xiàn)偏振光；垂直于線(xiàn)柵方向的偏振光分量則無(wú)法激發(fā)自由電子振蕩，故此反向的線(xiàn)偏振光分量大部分將直接透射過(guò)偏振器輸出線(xiàn)偏光。最終實(shí)現(xiàn)反射平行于石墨烯線(xiàn)柵的線(xiàn)偏振光，以及透射垂直于石墨烯線(xiàn)柵的線(xiàn)偏振光。

進(jìn)一步地，所述石墨烯條帶由厚度1-200層的石墨烯形成。

進(jìn)一步地，所述石墨烯條帶的寬度為0.005～10微米。

進(jìn)一步地，所述石墨烯線(xiàn)柵偏振器的工作波段在可見(jiàn)光區(qū)域到近中紅外區(qū)域。

進(jìn)一步地，所述石墨烯線(xiàn)柵在所述光學(xué)基底上呈周期性排列或非周期性排列。

進(jìn)一步地，所述石墨烯線(xiàn)柵在所述光學(xué)基底上呈周期性排列，其線(xiàn)柵周期為1-10000納米。

進(jìn)一步地，所述光學(xué)基底為光學(xué)玻璃。

進(jìn)一步地，所述光學(xué)基底的尺寸大小在2微米-100厘米之間。