[发明专利]亚波长矩形环阵列四分之一波片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件技术领域，特别是涉及一种亚波长矩形环阵列四分之一波片及其制作方法。

背景技术

在光的研究与应用领域，控制光的偏振态是至关重要的。到目前为止，广泛使用的控制光的偏振态器件大多都是利用双折射晶体材料，当光入射到双折射晶体时，由于两个正交方向的光轴具有不同的折射率，因此透射光会在这两个正交方向上会产生位相差，从而实现光的偏振态可控的特性。目前，对于透射光场的超透过这种特殊现象，许多课题组已经做了大量研究，结果表明，含有纳米量级尺寸孔径的亚波长周期性金属结构能够激发表面等离子激元共振，从而实现光的超透过。Klein et al更进一步的研究证明光的超透过现象与亚波长结构的孔径效应有很大关系，这是由于金属膜上的孔径能够激发局域表面等离子（LSP）共振，而光谱的LSP共振峰对孔径的形状与尺寸非常敏感；更重要的是，随着共振峰的出现透射场的位相会产生一个突变。基于局域表面等离子共振引起的透射场的位相突变效应，许多课题组通过嵌有相互垂直的矩形狭缝的金属薄膜组成的亚波长结构来实现波片功能。Khoo et al提出了一种方法，即把含有一对相互垂直狭缝的200nm厚的金膜放置在玻璃基底上，然后利用数值模拟计算的方法分别改变两矩形狭缝的长度和宽度，并且将其中一个狭缝填入与玻璃相同折射率的电介质，最终在802nm波长处实现了透射场在两正交方向分量上具有π/2的位相差，同时为了实现1/4波片的功能，两正交方向电场的振幅要保持相等，因此在保持π/2固定位相差的前提下，在金薄膜上增加第三条狭缝是很有必要的；Baida et al提出了一种来具有超透过现象的各向异性超材料薄膜，即含有亚波长相互正交的矩形狭缝对阵列的完美导体金属膜，为了形成并利用法布里-珀罗（F-P）共振，金属薄膜的厚度必须是所设计半波长的整数倍，这将给器件的制作工艺增加了困难；最近，Roberts提出一种含有周期性十字形孔径阵列的银膜结构，在近红外波段来实现等离子波片的方法，通过改变狭缝的长度差约20nm，在710nm、760nm波长处实现了1/4波片的功能。

除了以上的透射模式以外，Pors et al提出利用相互正交的具有相同横截面的纳米天线阵列，通过控制金天线的长度变化，在1520nm波长处两正交方向上电场分量产生π/2的位相差，在所设计的结构中，为了实现两方向分量的振幅相等，入射的线偏振光相对于x轴的偏振方位角应该设定为56°，而不是我们传统波片所需要的45°；2012年，Wang et al证明了金属纳米椭圆饼状阵列可以通过反射实现偏振态的转换，通过打破方位角的对称性，入射线偏振光的偏振方向分别沿椭圆的长轴和短轴方向时，椭圆等离子阵列能够支持不同的奇偶模式共振腔，在两方向上产生位相差，通过合理的设计从而可以将线偏振光转换成圆或椭圆偏振光。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种亚波长矩形环阵列四分之一波片及其制作方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种亚波长矩形环阵列四分之一波片及其制作方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种亚波长矩形环阵列四分之一波片，所述波片包括SiO₂基片及位于所述基片上的银膜，所述银膜由若干周期性的二维环形孔径阵列构成，二维环形孔径中相邻的两个孔径长度L₁、L₂相等、宽度W₁、W₂不等，当入射的线偏振光以偏振方位角从基片下方入射时，通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的位相满足或并且当时，振幅分量E_x、E_y相等。

作为本发明的进一步改进，所述入射的线偏振光的波段范围为1.50μm～1.61μm。作为本发明的进一步改进，所述宽度W₂小于W₁时，位相分量满足宽度W₂大于W₁时，位相分量满足

相应地，一种亚波长矩形环阵列四分之一波片的制作方法，所述方法包括：

S1、优化设计二维环形孔径，使得相邻的两个孔径长度L₁、L₂相等，宽度W₁、W₂不等，同时当入射的线偏振光以偏振方位角从基片下方入射时，通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的振幅分量E_x、E_y相等、位相分量满足或

S2、提供SiO₂基片；