本發(fā)明屬于光電信息功能器件與材料制備技術(shù)領(lǐng)域，且特別是有關(guān)于一種對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器以及制備方法。

背景技術(shù)：

分束器可以將一束光分成兩束或更多束，而等能分束器在相干光學(xué)以及量子通訊、計(jì)算等方面有著重大應(yīng)用。過(guò)去人們應(yīng)用多層介電膜以及金屬膜半透鏡等方法可以實(shí)現(xiàn)光一部分透射和一部分反射，但是在寬頻段保持嚴(yán)格相等的50:50的分束器依舊是很難實(shí)現(xiàn)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器以及制備方法，可以在寬頻段將偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒鴱?qiáng)度相位偏振相等的偏振光。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明提出一種對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器，其特征在于，包括：

金屬反射層；

鍍?cè)诮饘俜瓷鋵由系腟iO₂層；以及

在SiO₂層上形成的金屬膜，所述金屬膜由多個(gè)周期性分布的分束器結(jié)構(gòu)單元組成，所述分束器結(jié)構(gòu)單元由相同數(shù)量n個(gè)L形結(jié)構(gòu)和相同數(shù)量n個(gè)L形結(jié)構(gòu)鏡面對(duì)稱(chēng)的反L形結(jié)構(gòu)在平面上依次排列構(gòu)成，n根據(jù)不同工作波段可以取2-10，每個(gè)L形金屬結(jié)構(gòu)的邊長(zhǎng)為工作波長(zhǎng)的五分之一，線寬為工作波長(zhǎng)的十五分之一，厚度為工作波長(zhǎng)的二十分之一。

在1000-1400nm的工作波段中，所述L形結(jié)構(gòu)和其鏡面對(duì)稱(chēng)的反L形結(jié)構(gòu)其金屬膜邊長(zhǎng)250±10nm，線寬80±10nm，厚度60±10nm，每個(gè)平行L形結(jié)構(gòu)的間距為500±20nm。

在本例的工作波段中，分別由3個(gè)L形結(jié)構(gòu)和3個(gè)L形結(jié)構(gòu)鏡面對(duì)稱(chēng)的反L形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，重復(fù)周期為3000±120nm。

其中，在本例的工作波段1000-1400nm中，所述L形結(jié)構(gòu)和其鏡面對(duì)稱(chēng)的反L形結(jié)構(gòu)其金屬膜邊長(zhǎng)250±10nm，線寬80±10nm，厚度60±10nm，每個(gè)平行L形結(jié)構(gòu)的間距為500±20nm。為達(dá)上述目的，本發(fā)明另提出一種對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器的制備方法，包括以下步驟：

利用高精度鍍膜工藝進(jìn)行金屬反射層的制備，例如電子束蒸發(fā)或者磁控濺射的方法制備金屬反射層，在本例的工作波段中厚度為120±20nm的；

然后用氣相沉積的方法在金屬反射層上面蒸鍍厚度為140±10nm的SiO₂；

利用旋涂法在SiO₂表面形成電子束膠膜；

利用電子束曝光技術(shù)在電子束膠上制備平行L形結(jié)構(gòu)的反結(jié)構(gòu)；

再利用電子束蒸發(fā)技術(shù)在電子束膠表面蒸鍍厚度為60±10nm金屬膜；

最后利用除膠劑除去未曝光部分的電子束膠，就形成了對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面等能分束器。

綜上所述，本發(fā)明的有益效果是：可以在寬頻段將任意偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閮墒鴱?qiáng)度相位偏振完全相等的兩束偏振光。而傳統(tǒng)的分束器，比如半透半反鏡，是很難在寬頻段保持嚴(yán)格的50:50的分光比的。而且本發(fā)明結(jié)構(gòu)的厚度極薄，可以制備成300nm左右，遠(yuǎn)小于響應(yīng)頻率的波長(zhǎng)(>1000nm)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器的光學(xué)原理圖。

圖3是圖1中分束器工作的反射譜圖。

圖4是圖1中分束器分束的強(qiáng)度譜圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器的制備方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。

如圖1所示，對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器，包括：金屬反射層F1、SiO₂層F2、金屬膜F3。SiO₂層F2鍍?cè)诮饘俜瓷鋵覨1上；金屬膜F3形成在SiO₂層F2上，所述金屬膜由多個(gè)周期性分布的分束器結(jié)構(gòu)單元組成，所述分束器結(jié)構(gòu)單元由3個(gè)L形結(jié)構(gòu)和3個(gè)與L形結(jié)構(gòu)鏡面對(duì)稱(chēng)的反L形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，重復(fù)周期為3000nm；

本實(shí)施例中，L形結(jié)構(gòu)和反L形結(jié)構(gòu)均由L形金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每個(gè)L形結(jié)構(gòu)的間距d為500nm。

本實(shí)施例中，所述金屬膜為銀膜，然而在其他實(shí)施例中，所述金屬膜可以是金膜和合金膜。

本實(shí)施例中，矩形金屬棒的邊長(zhǎng)為300nm，線寬為70nm，厚度為50nm。

圖1中，所述分束器重復(fù)的單位為2*4,其實(shí)可以是2n*4n，n一般取10-200。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中的分束器的設(shè)計(jì)原理是：由于各項(xiàng)異性的結(jié)構(gòu)可以有著偏振轉(zhuǎn)換的性質(zhì)，我L形結(jié)構(gòu)有很好的偏振轉(zhuǎn)換效率，即可以將正入射的y方向線偏振光轉(zhuǎn)化為x方向的線偏振光出射，通過(guò)引入金屬反射層-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)的三明治結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步做到寬頻響應(yīng)。而當(dāng)將對(duì)稱(chēng)的兩種L形結(jié)構(gòu)組合在一起時(shí)，對(duì)于y方向入射的線偏振光，其轉(zhuǎn)為x方向的線偏振光存在有180°的位相差，從而根據(jù)光柵衍射定律將偶數(shù)級(jí)次的衍射光消除。進(jìn)一步的，由于結(jié)構(gòu)的周期很小，高級(jí)次的衍射光(3級(jí)以及3級(jí)以上)根據(jù)光柵公式也都得以消除，從而出射光只有+1級(jí)以及-1級(jí)，而由于是正入射，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性可得+1級(jí)和-1級(jí)的強(qiáng)度，偏振完全一樣。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)的響應(yīng)區(qū)域位于近紅外波段，波長(zhǎng)為1000-1400nm，圖3為樣品反射譜，R_yy和R_xy分別代表對(duì)于正入射的y方向偏振光的情況下反射光的y方向和x方向強(qiáng)度分量?？梢?jiàn)在1000-1400nm正常反射光強(qiáng)度小于5％。圖4為分束出來(lái)的兩束+1，-1級(jí)衍射光的x，y方向的強(qiáng)度分量，可見(jiàn)分束器可以將79％的入射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為兩束等完全相等的出射光。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器的制備方法的流程圖。如圖5所示，對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面分束器的制備方法，包括以下步驟：

利用電子束蒸發(fā)的方法制備厚度為120nm的金屬反射層；

然后用氣相沉積的方法在金屬反射層上面蒸鍍厚度為140nm的SiO₂；

利用旋涂法在SiO2表面形成電子束膠膜；

利用電子束曝光技術(shù)在電子束膠上制備L形結(jié)構(gòu)的反結(jié)構(gòu)；

再利用電子束蒸發(fā)技術(shù)在電子束膠表面蒸鍍厚度為60nm金屬膜；

最后利用除膠劑除去未曝光部分的電子束膠，就形成了對(duì)稱(chēng)L形金屬超構(gòu)表面等能分束器。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。通過(guò)改變結(jié)構(gòu)周期以及結(jié)構(gòu)尺寸，我們可以在不同波段實(shí)現(xiàn)一樣的分束作用。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。