[发明专利]一种超表面圆偏振光检测元件及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201810627503.X 申请日: 2018-06-20
公开(公告)号: CN108801461B 公开(公告)日: 2020-05-05
发明(设计)人: 胡敬佩;朱玲琳;张方;曾爱军;黄惠杰 申请(专利权)人: 中国科学院上海光学精密机械研究所
主分类号: G01J3/447 分类号: G01J3/447;G01J3/02
代理公司: 上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31317 代理人: 张宁展
地址: 201800 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 表面 偏振光 检测 元件 及其 制备 方法
【说明书】:

一种超表面圆偏振光检测元件,由透光基底和设置在该透光基底上的阵列的旋转对称手性介质结构单元构成,所述旋转对称手性介质结构由两对介质臂交叉构成,所述的旋转对称手性介质结构彼此之间有空隙。该元件可通过电子束曝光和显影技术以及反应离子束刻蚀等工艺流程制得。本发明具有很强的圆偏振二色性,可实现圆偏振态区分,其圆偏振二色性在1.75μm波段处最高可达96.8%,同时其性能优异,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

本发明涉及偏振光学检测元件,具体涉及一种超表面圆偏振光检测元件及其制备方法。

背景技术

在成像技术中,由于偏振成像技术可以在恶劣的环境下进行远距离的图像获取操作,在抑制背景噪声、提高探测距离、细节特征获取以及目标伪装识别等方面具有绝对优势。因此,其具有非常广泛的应用,例如:可探测隐藏或伪装的目标;可实现海面以及水下目标的探测和识别;可实现烟雾气候环境条件下的导航;有效区分金属和绝缘体或是从引诱物中区分真实目标;可进行癌症、烧伤等医学诊断;可对物体特征(如指纹等)进行识别;可实现星载或机载遥感;还可与其它技术相结合,如多光谱偏振红外成像、超光谱偏振红外成像等。在偏振光成像技术中,圆偏振成像因其在大颗粒散射介质中的独特优势受到广泛重视。如在水底、烟雾、云层以及生物组织中圆偏振光的成像质量要优于线偏振光。

在光学成像技术中区分圆偏振左旋右旋极为重要。传统区分左旋、右旋圆偏振光的方法一般是用四分之一波片把圆偏振转化成不同偏振方向的线偏振光,然后再根据所需要的偏振方向选用检偏器过滤(参见张立培,一种胆甾相液晶及其反射式圆偏振片和制备方法,CN105425327A)。然而,这种方法适用的波段受限于波片的带宽而且不利于元件的小型化与集成化。近年来,含表面等离子波的亚波长结构器件与技术作为一个新兴的学科,在许多领域有着很多潜在的应用,因而越来越受到人们的关注。目前,许多课题组在利用纳米微结构区分左右旋圆偏振光方面做了大量的研究工作。在三维空间结构方面,2009年,J.K.Gansel等人提出并制作了一种宽带的圆偏振光检偏器(J.K.Gansel,Science,325,1513(2009)),即在介质基底上周期性的放置螺旋上升金线,通过控制螺旋线的旋转方向,可实现对左旋和右旋圆偏振光的选择性透过。他们在4-8μm得到圆二色性平均为70%的宽带圆偏振片。但这种结构工艺复杂,难于制作。2014年,Y.Cui等人设计并制作了双层弧形金属(Ag)结构(Y.Cui,Nano.Lett.14,1021-1025(2014)),他们在高低不同的台阶上分别设置圆弧形金属线结构,并实验上在1.4μm处得到最大圆二色性为35%。2017年,罗先刚课题组利用Si材料超表面结构在远红外波长处(~10μm),得到了圆偏振二色性为60%的结果(F.Zhang,Adv.Funct.Mater.,1704295,(2017)),显示了超薄平面二维介质结构实现圆偏振起偏和检测的可能性。

综上所述,现有三维空间结构工艺复杂、制作难度较大,不能与传统光刻技术兼容。现有技术存在结构区分度低,制备工艺复杂,并且与传统半导体工艺不兼容等缺点,因此限制了圆偏振检测技术的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种超表面圆偏振光检测元件及其制备方法,该元件能够对左右旋圆偏振光的区分,且区分度高,同时还具有结构简单、易于制作等特点。

为达到上述发明目的,本发明采用的技术方案是:

一种超表面圆偏振光检测元件,该元件由透光基底和设置在该透光基底上的阵列的旋转对称手性介质结构单元构成,所述旋转对称手性介质结构单元由两对介质臂交叉构成,所述的旋转对称手性介质结构单元彼此之间有空隙。

旋转对称手性介质结构为二维手性结构,手性结构是指自身的镜像不能够与自身重合,旋转对称手性介质结构能够对入射的左右旋圆偏振光有着不同的吸收、反射和透射作用,即圆偏振二色性。

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