一種圓偏振器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種圓偏振器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圓偏振器是光學(xué)領(lǐng)域的一種重要的偏振元器件，它在偏振分光、彩色顯示和激光技術(shù)等領(lǐng)域得到了令人矚目的應(yīng)用。
[0003]目前在光學(xué)領(lǐng)域常采用線偏振片和四分之一波片兩個(gè)分離元器件構(gòu)成圓偏振器，其工作原理是:光束通過(guò)線偏振片后成為線偏振光，然后再以一定偏振角度通過(guò)四分之一波片，最終得到圓偏振光。由于四分之一波片的工作波長(zhǎng)范圍較窄，因此該結(jié)構(gòu)不能得到寬波長(zhǎng)范圍的圓偏振光；另外，該結(jié)構(gòu)使用的是兩個(gè)分離光學(xué)元件，因此器件尺寸大，不易集成。近年來(lái)許多研究人員又提出了利用螺旋狀金屬線柵獲得圓偏振光的理念，在2009年德國(guó)卡爾斯魯厄大學(xué)的研究人員首次提出了單螺旋線柵結(jié)構(gòu)的圓偏振器，見(jiàn)Justyna K.Gansel,等.“Circular Polarizer Gold Helix Photonic Metamaterial asBroadband，” Science 325，1513 (2009)，該圓偏振器的單螺旋線柵由金制成，信噪比僅達(dá)到10dB左右，而且由于螺旋狀金屬線柵的尺寸過(guò)大，所使用的材料金在可見(jiàn)光、近紅外光范圍內(nèi)的光學(xué)特性受到限制，導(dǎo)致工作波長(zhǎng)的范圍限制在在3-6nm內(nèi)，根本不能使用于可見(jiàn)光和近紅外波段。2011年華中科技大學(xué)的研究人員提出了利用多螺旋金屬線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光學(xué)圓偏振器的設(shè)計(jì)，雖然該結(jié)構(gòu)可以在可見(jiàn)光至近紅外光波段獲得較高的信噪比特性，但其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，導(dǎo)致其制備工藝很難實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決現(xiàn)有的圓偏振器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制備工藝難以實(shí)現(xiàn)及信噪比較低的問(wèn)題。
[0006]( 二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種圓偏振器，其特征在于:包括基板和螺旋線柵，所述螺旋線柵的數(shù)量為多組，多組所述螺旋線柵均垂直的設(shè)于所述基板上且成陣列分布，每組所述螺旋線柵包括4根旋向相同且成陣列分布的單螺旋線柵，每組所述螺旋線柵中對(duì)角線上的兩根單螺旋線柵的初始旋轉(zhuǎn)角相同，且其中一個(gè)對(duì)角線上的兩根單螺旋線柵的初始旋轉(zhuǎn)角為0度，另一個(gè)對(duì)角線上的兩根單螺旋線柵的初始旋轉(zhuǎn)角為80度至100度。
[0008]其中，每根所述單螺旋線柵的螺旋周期等于2周。
[0009]其中，每根所述單螺旋線柵的一個(gè)螺旋周期的長(zhǎng)度為200nm。
[0010]其中，每根所述單螺旋線柵的直徑為30nm至40nm，螺旋直徑為100nm。
[0011]其中，所述螺旋線柵的數(shù)量不少于106組。
[0012]其中，任意相鄰的兩根單螺旋線柵之間的間距為200nm。
[0013]其中，所述單螺旋線柵由金屬鋁制成。
[0014]其中，所述基板由石英玻璃制成。
[0015]其中，所述基板上設(shè)有導(dǎo)電膜，所述螺旋線柵與所述基板通過(guò)導(dǎo)電膜連接。
[0016]本發(fā)明還提供了一種圓偏振器的制造方法，其特征在于:包括步驟:
[0017]S1，在基板表面沉積導(dǎo)電膜；
[0018]S2，在導(dǎo)電膜上旋涂光刻膠；
[0019]S3，通過(guò)深紫外相干刻蝕，在光刻膠中形成多個(gè)成陣列分布的空氣隙組，每個(gè)空氣隙組包括4個(gè)成陣列分布的幾十納米級(jí)的螺旋狀的空氣隙，每個(gè)空氣隙組中的一個(gè)對(duì)角線上的兩個(gè)空氣隙的初始旋轉(zhuǎn)角為0度，另一個(gè)對(duì)角線上的兩個(gè)空氣隙的初始旋轉(zhuǎn)角為80度至100度；
[0020]S4，通過(guò)電化學(xué)沉積在空氣隙中沉積鋁材料，每個(gè)空氣隙內(nèi)形成一根單螺旋線柵；
[0021]S5，除去多根單螺旋線柵之間的光刻膠。
[0022](三)有益效果
[0023]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明提供的圓偏振器包括基板和設(shè)于基板上的多組成陣列分布的螺旋線柵，每組螺旋線柵包括4根旋向相同且成陣列分布的單螺旋線柵，每組螺旋線柵中的對(duì)角線上的單螺旋線柵的初始旋轉(zhuǎn)角相同，其中一個(gè)對(duì)角線上的兩根單螺旋線柵的初始旋轉(zhuǎn)角為0度，另一個(gè)對(duì)角線上的兩根單螺旋線柵的初始旋轉(zhuǎn)角為80度至100度，通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化螺旋狀金屬線的參數(shù)，本發(fā)明的工作波長(zhǎng)的范圍可達(dá)
0.6-0.86 μ m，信噪比可達(dá)32.7dB，本發(fā)明提供的圓偏振器能夠工作在波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光和近紅外光譜范圍內(nèi)，且本發(fā)明采用的是單螺旋線柵結(jié)構(gòu)，多根單螺旋線柵的旋向相同，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制備和集成的優(yōu)點(diǎn)，適用于偏振分光、彩色顯示和激光技術(shù)等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明提供的圓偏振器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是圖1的俯視圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的主視圖；
[0027]圖4是實(shí)施例1的透過(guò)率特性曲線；
[0028]圖5是實(shí)施例1的信噪比曲線；
[0029]圖6是實(shí)施例2的透過(guò)率特性曲線；
[0030]圖7是實(shí)施例2的信噪比曲線；
[0031]圖8是實(shí)施例3的透過(guò)率特性曲線；
[0032]圖9是實(shí)施例3的信噪比曲線；
[0033]圖10是實(shí)施例4的透過(guò)率特性曲線；
[0034]圖11是實(shí)施例4的信噪比曲線；
[0035]圖12是實(shí)施例5的透過(guò)率特性曲線；
[0036]圖13是實(shí)施例5的信噪比曲線；
[0037]圖14是本發(fā)明提供的圓偏振光分束器完成制備步驟S1后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖15是本發(fā)明提供的圓偏振光分束器完成制備步驟S2后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖16是本發(fā)明提供的圓偏振光分束器完成制備步驟S3后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖17是本發(fā)明提供的圓偏振光分束器完成制備步驟S4后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖18是本發(fā)明提供的圓偏振光分束器完成制備步驟S5后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖中:10:基板；20:單螺旋線柵；30:導(dǎo)電膜；40:光刻膠；50:空氣隙。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0044]在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上；術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0045]在本發(fā)明的描述中，還需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可視具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0046]實(shí)施例1
[0047]如圖1-3所示，本發(fā)明提供的圓偏振器，包括基板10和螺旋線柵，基板10由石英玻璃制成，螺旋線柵由金屬鋁制成，螺旋線柵的數(shù)量為N組，其中，N多106，N組螺旋線柵均垂直的設(shè)于基板10上且成陣列分布，每組螺旋線柵包括4根旋向相同且成陣列分布的單螺旋線柵20，每組螺旋線柵中的對(duì)角線上的兩根單螺旋線柵20的初始旋轉(zhuǎn)角相同，其中一個(gè)對(duì)角線上的兩根單螺旋線柵20的初始旋轉(zhuǎn)角為0度，另一個(gè)對(duì)角線上的初始旋轉(zhuǎn)角為80度至100度，一根單螺旋線柵20的直徑為30-40nm，螺旋直徑為lOOnm，每根單螺旋線柵20包括兩個(gè)螺旋周期，每個(gè)螺旋周期的長(zhǎng)度為200nm，任意相鄰的兩根單螺旋線柵20之間的間距為200nm。如圖2所示，每組螺旋線柵中的一根單螺旋線柵20的初始旋轉(zhuǎn)角XA為0度，與之相鄰的一根單螺旋線柵20的初始旋轉(zhuǎn)角