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分離元器件構(gòu)成圓偏振器，其工作原理是:光束通過線偏振片后成為線偏振光，然后再以一定偏振角度通過四分之一波片，最終得到圓偏振光。由于四分之一波片的工作波長范圍較窄，因此該結(jié)構(gòu)不能得到寬波長范圍的圓偏振光；另外，該結(jié)構(gòu)使用的是兩個分離光學(xué)元件，因此器件尺寸大，不易集成。近年來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，信噪比僅達到10dB左右，而且由于螺旋狀金屬線柵的尺寸過大，所使用的材料金在可見光、近紅外光范圍內(nèi)的光學(xué)特性受到限制，導(dǎo)致工作波長的范圍限制在在3-6nm內(nèi)，根本不能使用于可見光和近紅外波段。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)實現(xiàn)光學(xué)圓偏振器的設(shè)計，雖然該結(jié)構(gòu)可以在可見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現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有的圓偏振器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制備工藝難以實現(xiàn)及信噪比較低的問題。
[0006]( 二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，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，且其中一個對角線上的兩根單螺旋線柵的初始旋轉(zhuǎn)角為0度，另一個對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螺旋周期的長度為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，通過深紫外相干刻蝕，在光刻膠中形成多個成陣列分布的空氣隙組，每個空氣隙組包括4個成陣列分布的幾十納米級的螺旋狀的空氣隙，每個空氣隙組中的一個對角線上的兩個空氣隙的初始旋轉(zhuǎn)角為0度，另一個對角線上的兩個空氣隙的初始旋轉(zhuǎn)角為80度至100度；
[0020]S4，通過電化學(xué)沉積在空氣隙中沉積鋁材料，每個空氣隙內(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: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角線上的單螺旋線柵的初始旋轉(zhuǎn)角相同，其中一個對角線上的兩根單螺旋線柵的初始旋轉(zhuǎn)角為0度，另一個對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)明的工作波長的范圍可達
0.6-0.86 μ m，信噪比可達32.7dB，本發(fā)明提供的圓偏振器能夠工作在波長較短的可見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)簡單，易于制備和集成的優(yōu)點，適用于偏振分光、彩色顯示和激光技術(shù)等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[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是實施例1的透過率特性曲線；
[0028]圖5是實施例1的信噪比曲線；
[0029]圖6是實施例2的透過率特性曲線；
[0030]圖7是實施例2的信噪比曲線；
[0031]圖8是實施例3的透過率特性曲線；
[0032]圖9是實施例3的信噪比曲線；
[0033]圖10是實施例4的透過率特性曲線；
[0034]圖11是實施例4的信噪比曲線；
[0035]圖12是實施例5的透過率特性曲線；
[0036]圖13是實施例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。
【具體實施方式】
[0043]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0044]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上；術(shù)語“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，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“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重要性。
[0045]在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“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；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可視具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0046]實施例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，其中一個對角線上的兩根單螺旋線柵20的初始旋轉(zhuǎn)角為0度，另一個對角線上的初始旋轉(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包括兩個螺旋周期，每個螺旋周期的長度為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