[实用新型]带有介质和金属线栅结构的红外偏振器

说明书

技术领域

本专利设计一种红外偏振器，特别涉及一种带有介质和金属线栅结构的红外偏振器。

背景技术

亚波长金属线栅是由于结构的不对称性而产生的对偏振光的敏感性，通过对基底材料、金属材料、线栅槽内的填充材料以及占空比等参数的调控来达到对亚波长金属线栅光学调控的目的。亚波长金属线栅偏振器具有体积小、可集成化、设计灵活、对偏振光敏感等特点，在集成光学、微纳器件等方面具有很大的应用潜力，在偏振成像、光电检测、光学传感、导航等领域具有很大的应用前景。因此设计和制备宽光谱、高TM波透射率和高消光比的线栅偏振器一直是人们的追求目标。

2005年，美国Nano Opto公司设计并制备了在1.52μm-1.57μm波段的周期为200nm的金属线栅偏振器，该结构中在线栅的底部、中部和线栅的上部分别蒸镀多层抗反射膜，TM透过率高达97％，消光比超过40dB，但是该偏振器引入了多层抗反射膜，且具有较高的深宽比(约7：1)，增加了制备的难度，不易大规模制备，见J.J.Wang,W.Zhang,and Z.Deng,et al.High-performance nano wiregrid polarizers.2005,Optics Letters.30(2):195-196。2008年，美国戴顿大学设计了在Si基底和Al线栅之间加一层50nm厚的SiO₂抗反射层的线栅偏振器，其工作波长为1.5-5μm，TM透过率高达70％，消光比大于40dB。但本文没有解释SiO₂作为抗反射膜层的物理机理，见Z.Wu,P.E.Powers,A.M.Sarangan et al.Optical characterization of wire grid micropolarizers designed for infrared imaging polarimetry[J].2008,Optics Letters,33(15):1653-1655。苏州大学采用严格耦合波理论设计了一种基于一维亚波长金属线栅结构的具有偏振和彩色滤光片功能的偏振型彩色滤光片，该结构是在低折射率聚甲基丙烯酸甲酯基底与金属Al光栅之间加一层高折射率介质线栅层，透过率大于72.6％，消光比大于40dB，见叶燕,周云,张恒.金属光栅型偏振彩色滤光片.2011,光学学报，31(4),0405003,1-7。

以上研究结果大部分都是采用均匀的介质膜层作为抗反射膜，采用介质线栅作为抗反射层的研究较少，且大部分用于可见光波段，本专利主要是将介质线栅层插入基底与金属线栅之间，获得更高的TM透射率和消光比，来满足红外波段对偏振器的要求。

发明内容

本专利的目的是提供一种带有介质和金属线栅结构的红外偏振器。

本专利带有介质和金属线栅结构的红外偏振器的结构为：从基底3自下而上依次是低折射率亚波长介质线栅层2、亚波长金属线栅层1；

所述的低折射率亚波长介质线栅层2的折射率在1.3-2.4之间，厚度h1为30-200nm，低折射率亚波长介质线栅层2的材料采用MgF₂、SiO₂、或TiO₂。周期p是200-500nm，占空比w/p是0.4-0.6。

所述的亚波长金属线栅层1周期和占空比与低折射率亚波长介质线栅层2相同，厚度h2是100-200nm，金属材料选用Al、Cu、Ag或Au。

本专利优点在于：通过基底和亚波长金属线栅之间插入一层具有同样占空比的低折射率亚波长介质线栅层，可有效地提高线栅偏振器在中波红外波段的TM偏振光的透射率和消光比。亚波长金属线栅偏振器具有体积小、可集成化、设计灵活、对偏振光敏感等特点，在集成光学、微纳器件等方面具有很大的应用前景。

附图说明

图1为本专利的带有介质和金属线栅结构的红外偏振器结构示意图。图中1为亚波长金属线栅层，2为低折射率亚波长介质线栅层，3为透明基底。

图2为本专利实施例1中带有介质和金属线栅结构的红外偏振器的TM、TE透射率与入射光波长关系图。

图3为本专利实施例1中带有介质和金属线栅结构的红外偏振器的消光比与入射光波长关系图。

图4为本专利实施例2中带有介质和金属线栅结构的红外偏振器的TM、TE透射率与入射光波长关系图。

图5为本专利实施例2中带有介质和金属线栅结构的红外偏振器的消光比与入射光波长关系图。