[发明专利]太赫兹波段偏振片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种太赫兹波段的偏振片。更具体地说，涉及了一种太赫兹波段的金属线栅的结构设计和激光刻蚀制备的方法。

背景技术

在20世纪80年代以超快电子学为基础的太赫兹技术的诞生，引起了科学家们的广泛兴趣。尤其是在太赫兹光谱和成像等技术被开发出来以后，太赫兹科学和技术表现出了极大的应用潜力。但是由于太赫兹波在最近十几年才受到广泛的关注，因此这一波段的光学偏振元件还并没有像其他波段一样成熟。

然而关于金属线栅的理论早在20世纪80年代M.G.Moharam等人就已经在文献【M.G.Moharam and T.K.Gaylord，J.Opt.Soc.Am.73，451(1983).】和【M.G.Moharam andT.K.Gaylord，J.Opt.Soc.Am.A3，1780(1986).】中进行了的理论推导。在此基础上，其它段的波段偏振片都有过较为成熟的研究，如2005年美国普林斯顿大学研制的工作波长在1520～1570nm的偏振片和2006年瑞士微纳技术研究所研制的工作波长在300～900nm等等。因而太赫兹波段偏振器件的研究对于太赫兹技术和科学的推动和发展有着重要意义。我们所设计的金属线栅偏振片就是按照这种理论设计的。除此之外，和以前的线栅偏振片相比，我们还对线栅的刻蚀方法进行了改进。以前都是通过光刻的方法进行刻蚀，制作工艺的流程比较复杂，而我们这里采用了激光离焦的方法对金属进行刻蚀。只需要通过控制激光焦点到金属表面的距离来控制刻蚀线条的宽度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太赫兹波段偏振片。太赫兹波段处于微波和红外波之间。和其他波段相比，这一波段的线栅型偏振片尚未涉及。用本发明制作的这种偏振片在频率0.1THz～1.6THz的范围消光比都小于10％。

本发明的另外一个目的在于提供一种太赫兹波段偏振片的制作方法，采用用激光离焦的方法对金属薄膜进行刻蚀来制作偏振片。只需要通过控制激光焦点到金属表面的距离来控制刻蚀线条的宽度。

为了达到上述目的本发明的构思是：在制作方面首先我们要选取合适的材料，基片衬底必须要满足对太赫兹波的高透过率，主要有硅片、石英片和玻璃，而所镀膜需要要高的电导率这样才能保证在太赫兹波段对太赫兹波有高的消光系数。其次，从M.G.Moharam等人在文献【M.G.Moharam and T.K.Gaylord，J.Opt.Soc.Am.73，451(1983).】和【M.G.Moharam and T.K.Gaylord，J.Opt.Soc.Am.A3，1780(1986).】中的理论推导来看，关于金属线栅偏振消光特性除了与材料有关外，最为重要的是和线栅的的结构参数有关，主要包括线栅的周期、金属线的宽度和金属薄膜的厚度。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种太赫兹波段偏振片，由基片和基片上所镀的金属薄膜组成，其特征在于在所述的金属薄膜上有周期性金属刻槽，形成金属线条。

上述的基片为太赫兹波透过率高的材料。

上述的透过率高的材料为硅片或石英片。

上述的金属薄膜的材料为：电导率高的金属材料。

上述的电导率高的金属材料为Ag或Au或Al。

上述的金属线条的周期a为30～60μm，金属线条的宽度b为15～40μm，且0.4＜b/a＜0.7。

上述的金属薄膜的厚度d范围应该在1.5～3L，L为所对应金属在太赫兹波段的趋附深度。

一种制作上述的太赫兹波段偏振片的方法，其特征在于：利用物理或化学的方法在基片上镀膜；利用激光对金属薄膜刻蚀，具体操作步骤如下：

[1]基片材料选择和清洗；

[2]镀膜金属材料选择；

[3]利用物理化学的方法镀膜；

[4]利用激光对金属薄膜进行刻蚀；

[5]利用太赫兹时域光谱技术对所制作的太赫兹波段偏振片进行测量。

上述的在基片上镀膜的物理或化学的方法为：磁控溅射法或真空蒸发法或溶胶凝胶法。

上述的在利用激光对金属薄膜刻蚀时，激光的焦点是在离开金属表面50μm～300μm范围内调节，以便控制刻蚀的宽度，这样不至于激光损坏基片材料，同时又能较完整的去除金属薄膜，设置激光三维微加工系统的金属线条周期a为30～60μm，调整激光焦点到金属表距离控制刻蚀金属线条的宽度b为15～40μm，且0.4＜b/a＜0.7。