[发明专利]介质腔增强型高反射波片及其制备方法

说明书

一种介质腔增强型高反射波片及其制备方法，该波片包括介质基底，在介质基底上自下而上依次是金属反射层、介质光栅共振腔层和金属光栅层，所述的金属反射层是连续的，厚度H1为50～100nm；所述的介质光栅共振腔层和金属光栅层是不连续的，所述的介质光栅共振腔层的光栅和金属光栅层的光栅具有相同的周期P，P值为100～300nm，占空比W/P为0.3～0.7，所述的介质光栅共振腔层的厚度H2为50～80nm，所述的金属光栅层的厚度H3为150～200nm。本发明波片具有高反射的光学性能、制作工艺简单，并且在不同波段实现了二分之一和四分之一波片的功能。该器件在光学传感系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中，具有很大的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种偏振光学元件制备技术，具体涉及一种介质腔增强型高反射波片及其制备方法。

背景技术

在光的研究与应用领域，光的偏振态的产生与转换控制是至关重要的。偏振是波片的属性，传统的光偏振态产生与控制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，由于沿平行和垂直光轴的两个正交方向具有不同的光学折射率，因此当光透过双折射晶体时透射光会在这两个正交方向上产生位相差，从而改变光的偏振态。传统晶体波片作为一种重要的光学器件，受到物理尺寸的限制，难以满足微纳光电子集成的要求。探索和研究基于新原理的易于微纳光电子集成的波片显得十分迫切。

利用金属与介质的表面能够产生表面等离子共振来控制光与物质的相互作用，当前亚波长金属结构越来越引起人们的广泛关注。E.H.Khoo提出了透射型等离子1/4波片的结构以及实现方法(参见E.H.Khoo,Opt.Lett.,36(13):2498-2500(2011))，即在金属薄膜上设计周期性的相垂直的矩形狭缝，通过控制矩形狭缝的长度、宽度、厚度的排列方式，可实现透射光在沿两狭缝方向上的振幅和位相可调，并且可以通过优化来实现在目标波长处两正交方向上90度的位相差。除了透射型偏振态转换器件之外，由于实际需要，反射型偏振器件也引起了许多研究小组的重视。2012年，Pors等人设计了反射型等离子位相延迟器件(参见A.Khoo,Opt.Lett.,36(9):1626-1628(2011))，分别通过控制十字形、矩形结构的两臂长或边长，来控制相互垂直的电偶极子的散射共振，从而在特定波长处实现反射式位相延迟器的功能。2013年，王钦华等人利用亚波长矩形环结构实现了反射型四分之一波片的功能(参见王钦华，宽带反射型亚波长矩形环阵列1/4波片及制作方，法CN201310343575.9)。该波片包括第一层金属层、玻璃层和第二层金属层。其中，第二层金属层由若干周期性的二维矩形环阵列构成，通过控制矩形环的臂长和臂宽来控制反射场正交分量的相位差。2014年，T.Ribaudo等人设计并制作了可调谐多波段反射式半波片(参见T.Ribaudo,Opt.Express,22(3),2821-2829(2014))，该波片包括第一层金属层、玻璃层和第二层金属光栅层。通过调节入射角度可以在不同波长实现半波片的功能。

上述结构，一般存在单波段限制、反射率低等缺点；在设计上大多是二维结构，需要使用激光直写技术或电子束直写技术，因此上述结构都存在工艺复杂，制作难度大，成本昂贵等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术难题，提供一种介质腔增强型高反射波片及其制备方法，该波片具有高反射的光学性能、制作工艺简单，并且在不同波段实现了二分之一和四分之一波片的功能。该器件在光学传感系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中，具有很大的应用价值。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：