[发明专利]手性对称结构超表面圆偏振光检测元件及其制备方法

说明书

一种手性对称结构超表面圆偏振光检测元件，包括透光基底和位于透光基底上的旋转对称介质结构层，所述的介质结构层由两个半圆柱构成的旋转对称结构阵列构成。本发明可以通过电子束曝光和显影技术以及离子束刻蚀等工艺流程制得。该元件在1.54μm具有很强的圆偏振二色性，达到94.3％，消光比大于45:1，偏振透过率大于95％，同时其结构简单，性能优异，易于制作，在光学传感、光学成像等领域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

偏振成像技术是光学领域的一种新技术，光的偏振特性能够提供目标的光强图像无法显示的表面粗糙度、纹理走向、表面取向、表面电导率、材料理化特征、含水量等特征，对物体轮廓和表面去向识别具有明显的优越性，偏振成像技术在大气、自然地物、人工目标、医学诊断以及天文学探测领域具有广泛应用。例如：对隐藏或伪装目标探测；对不同物质检测；模糊轮廓(指纹、碑文等)识别；烟雾环境去雾成像；进行癌症、烧伤等医学诊断；用于星载或机载遥感等。

在偏振光成像中，圆偏振光在大颗粒散射介质中具有独特的优势，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。目前探测圆偏振光最常见的办法是在探测器前加线偏振片和四分之一波片，这种办法器件多、体积大并且稳定性差、灵敏度低，因此难以小型化和集成化。

随着含表面等离子波的亚波长结构器件与技术的发展，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。例如公开号为CN101852884B和CN101782666B专利文献通过在介质基地上放置周期性的双螺旋状和螺旋状金属线来实现对左旋和右旋圆偏振光的选择性透过。但是，这些圆偏振检测单元消光比小、透过率低难于加工。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术不足，提供一种手性结构超表面圆偏振光检测元件及其制备方法。该元件为结构简单的二维结构，不仅易于加工，而且由更高的透过率和消光比。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种手性对称结构超表面圆偏振光检测元件，其特点在于，包括透光基底和位于该透光基底上的介质结构层，所述介质结构层由刻蚀形成的旋转对称手性结构单元阵列组成，每个旋转对称手性结构单元包括两个刻蚀凹陷的半圆柱，且两个半圆柱沿着半圆柱面在直径方向错位构成旋转对称图形。

所述的旋转对称手性结构单元由两个等大的半圆柱构成，半圆柱的的周期P为0.91-0.92μm，刻蚀深度H的变化范围为0.21～0.22μm，圆柱的底面半径R的范围为0.23μm，两半圆柱圆心距L为0.33-0.36μm.

各个旋转对称手性介质结构单元之间等间隔排列。

所述的透光基底的材料为二氧化硅，所述的介质结构层的材料为硅、锗或砷化镓半导体材料。

所述的旋转对称手性介质结构单元的刻蚀深度和所述介质结构层的厚度一致。

本发明进一步公开了上述超表面圆偏振光检测元件的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用化学气相沉积法在透光基底上生长需要的介质结构层。

(2)在半导体材料介质层上旋涂一层光刻胶负胶；

(3)制作对应掩模版，利用电子束曝光显影技术对光刻胶进行曝光；

(4)利用反应离子束工艺刻蚀半导体材料介质层，得到目标结构，并清洗残余光刻胶后得到超表面圆偏振光检测元件。

相对于现有技术，本发明具有下列优点：

1.本发明原料为二氧化硅和硅，材料来源广泛、价格便宜。在加工方面，工艺成熟，精度高，误差小，制备简单，良品率高，可以进行大规模批量生产。