[发明专利]一种微纳结构大视场角消色差波片

说明书

本发明提供了一种微纳结构大视场角消色差波片，能够在较大的视场角范围内实现线偏振光到圆偏振光或椭圆偏振光的转换。本发明的微纳结构大视场角消色差波片，采用矩形纳米棒阵列实现了在较大的视场角下的消色差。本发明的微纳结构大视场角消色差波片采用银纳米棒，在一定波段范围内均可以控制正交方向相位差绝对值在π/2左右，实现在一定波段范围的消色差以及出射光偏振态的调控。

技术领域

本发明属于偏振光学检测、集成光学系统设计以及微纳光学应用技术领域，具体涉及一种微纳结构大视场角消色差波片。

背景技术

波片也称为相位延迟器，用于使两个互相垂直的线偏振光之间产生一定的相位延迟量，从而改变入射光的偏振态。在需要对光束偏振态进行检测或调控的系统中，波片起到至关重要的作用。随着投影物镜数值孔径的持续增大，曝光图形特征尺寸的日趋减小，光刻系统中引入偏振照明进行成像。由于传统波片通常由双折射晶体制成体积很大，在设备小型化、集成化等方面遇到困难。另外传统波片视场角较小，只适用于光线正入射的情况。

解决光线斜入射对传统零级波片相位延迟量影响的一种有效手段是设计一种宽角度波片。目前已经有学者设计出深紫外波段正负晶体相结合视场角为±20°的大角度波片(J.Vac.Sci.Technol.B，2013，31(1)，011602 1-7)。但这种由双折射晶体材料制作的光学器件体积大，器件的性能也会受到材料特性的限制，集成化困难，无法实现光学器件小型化。

实现光学器件小型化、解决集成化困难的有效途径是设计由二维阵列构成的超表面器件。通过结构设计可以对相应的散射振幅、相位、偏振态进行控制，最终实现对整个透射场的调控。超表面器件利用超表面实现对光束偏振态的调控，引起越来越多的学者关注，通过精密设计微纳结构周期性超表面，可以获得多种材料与结构的微纳结构波片，进而对光的偏振态进行调控。例如在IEEE Photonics Journal，2012，4(1)，87-94中，公开了一种利用银椭圆环形孔径阵列制造的可见光波段的四分之一波片，该结构利用腔内导模共振来实现偏振态调控。另外，利用特定排列分布厚度为几十纳米的交叉银纳米天线制作的超表面(Nano Lett.，2013，13，1086-1091)，可以实现正交方向π/2的相位延迟，实现指定的偏振转换；利用梯度排布的金纳米棒制作的超表面(Optics Express，2015，23(8)，10272-10281)，可以将入射光分解为左旋圆偏振光与右旋圆偏振光，进而测量偏振光的椭偏度及手性。然而现有的超表面偏振调控器件只能实现某一特定波长的线偏振光正入射时，对其偏振态进行调控，实现线偏振光到圆偏振光的转换，并且也没有考虑实际应用中的视场角大小及消色差波段范围。

发明内容

本发明提供了一种微纳结构大视场角消色差波片，能够在较大的视场角范围内实现线偏振光到圆偏振光或椭圆偏振光的转换。

为实现上述目的，本发明的一种微纳结构大视场角消色差波片，包括基底以及设置在基底上的矩形纳米棒阵列；其中，所述阵列为矩形阵列，所述阵列中的每个矩形纳米棒完全相同，各个矩形纳米棒长边所在的直线互不相交，相邻两个矩形纳米棒的中心距离相同且大于单个矩形纳米棒长度的1.5倍。

其中，所述矩形纳米棒材料为银。

其中，所述矩形纳米棒长为106-109nm，宽为79-81nm，厚度为18-20nm，相邻两个矩形纳米棒的中心距离为200nm。

其中，所述基底的折射率n＝1.4-1.5。

其中，所述基底为石英玻璃。

有益效果

本发明的微纳结构大视场角消色差波片，采用矩形纳米棒阵列实现了在较大的视场角下的消色差。

本发明的微纳结构大视场角消色差波片采用银纳米棒，在一定波段范围内均可以控制正交方向相位差绝对值在π/2左右，实现在一定波段范围的消色差以及出射光偏振态的调控。