一種硅納米磚陣列偏振分光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納光學(xué)及偏振光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種硅納米磚陣列偏振分光器。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)偏振態(tài)的控制，在許多光學(xué)系統(tǒng)中都是十分重要的，尤其是在工程光學(xué)中，研宄人員常常需要獲取、檢驗(yàn)和測(cè)量光的偏振特性、改變偏振態(tài)，以及利用偏振特性進(jìn)行一些物理量的測(cè)量等，而在這些研宄中能產(chǎn)生和檢驗(yàn)光的偏振態(tài)的器件是必不可少的。其中，偏振分光器是最重要的偏振器件之一，它能將偏振方向互相垂直的兩種偏振態(tài)的光波分離開來(lái)，因此偏振分光器是光學(xué)儀器、光電顯示、激光調(diào)制、激光隔離、光信息處理及其它眾多應(yīng)用中的關(guān)鍵器件。
[0003]傳統(tǒng)偏振分光器件多為薄膜干涉型和雙折射晶體型。薄膜干涉型偏振分光器件基于薄膜內(nèi)光的干涉作用，偏振分束膜層數(shù)多，且要將其膠合在棱鏡中；雙折射晶體型偏振分光器件是利用晶體的雙折射特性設(shè)計(jì)而成的，其受限于晶體種類及尺寸。而且，傳統(tǒng)的偏振分光器件價(jià)格昂貴，工藝復(fù)雜，且體積大、重量重，不適合光集成，無(wú)法滿足未來(lái)光子器件的發(fā)展趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明結(jié)合超材料(metamaterial)理論，通過(guò)優(yōu)化娃納米磚結(jié)構(gòu)參數(shù)，并據(jù)此制備納米磚陣列，從而提供一種高效的、易于集成的符合光學(xué)器件發(fā)展趨勢(shì)的硅納米磚陣列偏振分光器。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種娃納米磚陣列偏振分光器，包括透明襯底和透明襯底上均勾分布的娃納米磚陣列，所述硅納米磚為長(zhǎng)方體，且納米磚的排列方向相同；當(dāng)入射光垂直入射時(shí)，偏振方向沿納米磚長(zhǎng)邊和短邊的光分別發(fā)生反射和透射。
[0007]所述娃納米磚陣列偏振分光器的工作波長(zhǎng)范圍為1460nm_1625nm。
[0008]所述襯底材料為石英玻璃，硅納米磚材料為硅薄膜。
[0009]所述硅納米磚的長(zhǎng)寬高均為亞波長(zhǎng)。
[0010]所述硅納米磚的長(zhǎng)為400nm，高為500nm，寬為180_245nm。
[0011]所述硅納米磚陣列偏振分光器的制備方法為投影光刻法或電子束直寫法。
[0012]一種硅納米磚陣列偏振分光器，其由襯底和在襯底上周期排列的硅納米磚陣列構(gòu)成，納米磚的排列方向相同，其長(zhǎng)寬高尺寸均為亞波長(zhǎng)量級(jí)。當(dāng)入射光垂直入射時(shí)，偏振方向沿納米磚長(zhǎng)邊和短邊的光分別發(fā)生高效的反射和透射，從而將這兩種偏振態(tài)的光完全分離。
[0013]所述硅納米磚陣列偏振分光器，通過(guò)優(yōu)化納米磚的長(zhǎng)寬高尺寸可使偏振分離效率達(dá)到最高；當(dāng)固定住納米磚的長(zhǎng)度和高度，通過(guò)改變納米磚的寬度可以改變峰值響應(yīng)波長(zhǎng)，從而使娃納米磚陣列偏振分光器的工作波長(zhǎng)范圍從1460nm至1625nm，S卩覆蓋光纖通信的S、c和L波段。
[0014]所述硅納米磚陣列偏振分光器，偏振分離后不改變系統(tǒng)光軸。
[0015]所述娃納米磚陣列偏振分光器，襯底材料為石英玻璃，納米磚材料為娃薄膜。
[0016]所述硅納米磚陣列偏振分光器，在襯底面上兩個(gè)方向排列的周期相同。
[0017]所述硅納米磚陣列偏振分光器，采用二元光學(xué)器件的制備方法，如投影光刻法、電子束直寫法等，且可采用鑄造法、模壓法等方法對(duì)其進(jìn)行大規(guī)模復(fù)制生產(chǎn)。
[0018]硅薄膜是不同于晶體硅的非晶硅材料，又稱微晶硅、不定形硅，可以作為硅納米磚。
[0019]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)與積極效果:
[0020]1、和傳統(tǒng)薄膜干涉型和雙折射晶體型相比，本發(fā)明具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成等重要優(yōu)點(diǎn)，符合未來(lái)光器件發(fā)展趨勢(shì)。
[0021]2、本發(fā)明對(duì)入射光偏振態(tài)不敏感(即不管入射光偏振態(tài)如何，均能夠使偏振方向互相垂直的兩種線偏振光一種透射一種反射，從而將這兩種偏振態(tài)的光完全分離)，能夠使偏振方向互相垂直的兩種線偏振光一種透射一種反射，從而將這兩種偏振態(tài)的光完全分離；且使用過(guò)程中不改變系統(tǒng)光軸，非常方便使用。
[0022]3、本發(fā)明所涉及的制造工藝成熟簡(jiǎn)單，可進(jìn)行大規(guī)模、低成本的復(fù)制生產(chǎn)，具有極大的產(chǎn)業(yè)化前景。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是硅納米磚陣列偏振分光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明中單個(gè)周期內(nèi)的納米磚單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明中實(shí)施例2針對(duì)主波長(zhǎng)為1547.5nm制備的硅納米磚偏振分光器偏振分光能力圖。
[0026]圖4是本發(fā)明中實(shí)施例3針對(duì)主波長(zhǎng)為1460nm制備的硅納米磚偏振分光器偏振分光能力圖。
[0027]圖5是本發(fā)明中實(shí)施例4針對(duì)主波長(zhǎng)為1625nm制備的硅納米磚偏振分光器偏振分光能力圖。
[0028]其中，1-硅納米磚；2-石英玻璃襯底；L為納米磚長(zhǎng)軸尺寸，W為納米磚短軸尺寸，H為納米磚高度，C為納米磚周期尺寸大小。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提供的硅納米磚偏振分光器，其在通信波段內(nèi)可實(shí)現(xiàn)偏振方向相互垂直的兩種線偏振光一種透射一種反射，從而達(dá)到偏振分光的效果。
[0030]下面以具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]實(shí)施例1
[0032]如圖1-2所示，一種硅納米磚陣列偏振分光器，包括透明襯底和透明襯底上均勻分布的硅納米磚陣列，所述硅納米磚為長(zhǎng)方體，且納米磚的排列方向相同；當(dāng)入射光垂直入射時(shí)，偏振方向沿納米磚長(zhǎng)邊和短邊的光分別發(fā)生反射和透射。
[0033]所述娃納米磚陣列偏振分光器的工作波長(zhǎng)范圍為1460nm_1625nm。
[0034]所述襯底材料為石英玻璃，娃納米磚材料為娃薄膜。
[0035]所述硅納米磚的長(zhǎng)寬高均為亞波長(zhǎng)。
[0036]所述硅納米磚的長(zhǎng)為400nm，高為500nm，寬為180_245nm。
[0037]所述硅納米磚陣列偏振分光器的制備方法為投影光刻法或電子束直寫法。
[0038]如圖2所示，納米磚單元基本結(jié)構(gòu)包括一個(gè)納米磚單元和相應(yīng)的襯底，納米磚陣列每個(gè)單元結(jié)構(gòu)中襯底的長(zhǎng)與寬稱為納米磚周期尺寸，均用C表示。
[0039]實(shí)施例2
[0040]本實(shí)施例選取通信波段內(nèi)主波長(zhǎng)X0= 1547.5nm，硅納米磚偏振分光器具體結(jié)構(gòu)參數(shù)為:納米磚周期尺寸C = 690nm，納米磚長(zhǎng)軸尺寸L = 400nm，納米磚短軸尺寸W =220nm，納米磚高度H = 500nm。在納米磚層上建立xyz坐標(biāo)系后，其長(zhǎng)軸沿x方向，短軸沿y方向，入射方向?yàn)閦方向。當(dāng)含有多種偏振態(tài)的光波入射至此硅納米磚偏振分光器上時(shí)，沿y方向偏振的線偏振光透過(guò)該偏振分光器，而沿X方向偏振的線偏振光會(huì)發(fā)生反射，從而達(dá)到偏振分光的效果。
[0041]按照本實(shí)施例中參數(shù)提供的硅納米磚偏振分光器在整個(gè)通信波段偏振分光效果如圖3所示。由圖中可以看出，針對(duì)主波長(zhǎng)Aci= 1547.5nm設(shè)制備的硅納米磚偏振分光器在主波長(zhǎng)附近X方向偏振光反射率接近100%，即幾乎達(dá)到全反射，而y方向透過(guò)率在90%以上。由圖3可知，其在主波長(zhǎng)附近具有很好的偏振分光效果。
[0042]實(shí)施例3
[0043]本實(shí)施例選取通信波段內(nèi)主波長(zhǎng)X0= 1460nm，硅納米磚偏振分光器具體結(jié)構(gòu)參數(shù)為:納米磚周期尺寸C = 690nm,納米磚長(zhǎng)軸尺寸L = 400nm,納米磚短軸尺寸W = 180nm，納米磚高度H = 500nm。在納米磚層上建立xyz坐標(biāo)系后，其長(zhǎng)軸沿x方向，短軸沿y方向，入射方向?yàn)閦方向。當(dāng)含有多種偏振態(tài)的光波入射至此硅納米磚偏振分光器上時(shí)，沿y方向偏振的線偏振光透過(guò)該偏振分光器，而沿X方向偏振的線偏振光會(huì)發(fā)生反射，從而達(dá)到偏振分光的效果。
[0044]按照本實(shí)施例中參數(shù)設(shè)計(jì)的硅納米磚偏振分光器在整個(gè)通信波段偏振分光效果如圖4所示。由圖中可以看出，針對(duì)主波長(zhǎng)λ0= 1460nm制備的硅納米磚偏振分光器在主波長(zhǎng)附近X方向偏振光反射率接近100%，即幾乎達(dá)到全反射，而I方向透過(guò)率達(dá)到95%。由圖4可知，其主波長(zhǎng)附近具有很好的偏振分光效果。
[0045]實(shí)施例4
[0046]本實(shí)施例選取通信波段內(nèi)主波長(zhǎng)X0= 1625nm，硅納米磚偏振分光器具體結(jié)構(gòu)參數(shù)為:納米磚周期尺寸C = 690nm,納米磚長(zhǎng)軸尺寸L = 400nm,納米磚短軸尺寸W = 245nm，納米磚高度H = 500nm。在納米磚層上建立xyz坐標(biāo)系后，其長(zhǎng)軸沿x方向，短軸沿y方向，入射方向?yàn)閦方向。當(dāng)含有多種偏振態(tài)的光波入射至此硅納米磚偏振分光器上時(shí)，沿y方向偏振的線偏振光透過(guò)該偏振分光器，而沿X方向偏振的線偏振光會(huì)發(fā)生反射，從而達(dá)到偏振分光的效果。
[0047]按照本實(shí)施例中參數(shù)制備的硅納米磚偏振分光器在整個(gè)通信波段偏振分光效果如圖5所示。由圖中可以看出，針對(duì)主波長(zhǎng)λ0= 1625nm制備的硅納米磚偏振分光器在主波長(zhǎng)附近X方向偏振光反射率與I方向透過(guò)率均達(dá)到90%。由圖5可知，其在主波長(zhǎng)附近具有很好的偏振分光效果。
[0048]上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出任何的修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硅納米磚陣列偏振分光器，其特征在于:包括透明襯底和透明襯底上均勻分布的娃納米磚陣列，所述娃納米磚為長(zhǎng)方體，且納米磚的排列方向相同；當(dāng)入射光垂直入射時(shí)，偏振方向沿納米磚長(zhǎng)邊和短邊的光分別發(fā)生反射和透射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硅納米磚陣列偏振分光器，其特征在于:所述硅納米磚陣列偏振分光器的工作波長(zhǎng)范圍為1460nm_1625nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種硅納米磚陣列偏振分光器，其特征在于:所述襯底材料為石英玻璃，硅納米磚材料為硅薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種硅納米磚陣列偏振分光器，其特征在于:所述硅納米磚的長(zhǎng)寬高均為亞波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種硅納米磚陣列偏振分光器，其特征在于:所述硅納米磚的長(zhǎng)為 400nm，高為 500nm，寬為 180_245nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述一種硅納米磚陣列偏振分光器，其特征在于:所述硅納米磚陣列偏振分光器的制備方法為投影光刻法或電子束直寫法。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硅納米磚偏振分光器，屬于微納光學(xué)及偏振光學(xué)領(lǐng)域。一種硅納米磚陣列偏振分光器，包括透明襯底和透明襯底上均勻分布的硅納米磚陣列，所述硅納米磚為長(zhǎng)方體，且納米磚的排列方向相同；當(dāng)入射光垂直入射時(shí)，偏振方向沿納米磚長(zhǎng)邊和短邊的光分別發(fā)生反射和透射。該硅納米磚陣列偏振分光器能夠使偏振方向互相垂直的兩種線偏振光一種近乎全透、一種近乎全反，從而將這兩種偏振態(tài)的光完全分離，同時(shí)不改變系統(tǒng)光軸方向；硅納米磚偏振分光器可采用二元光學(xué)器件的制備方法，且容易對(duì)其進(jìn)行大規(guī)模復(fù)制生產(chǎn)；具有分光效果好，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成，符合光學(xué)器件發(fā)展趨勢(shì)。
【IPC分類】G02B5-30
【公開號(hào)】CN104777545
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510223192
【發(fā)明人】李子樂, 鄭國(guó)興, 何平安, 李松, 田昕, 周輝, 趙江南, 高俊玲, 楊晉陵, 張霜
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日