[发明专利]一种微型分光元件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微型分光元件及其制备方法。包括起偏器、铌酸锂晶体和检偏器；铌酸锂晶体对称的两侧面分别设置有起偏器和检偏器，铌酸锂晶体在靠近检偏器的一侧加工为纳米光栅，且纳米光栅和铌酸锂晶体光轴平行；光源发出垂直于铌酸锂晶体光轴的光线，光线依次透过起偏器、铌酸锂晶体、检偏器后被探测器接收。本发明采用超快激光自组织加工，在铌酸锂晶体中平行于光轴方向制备纳米光栅结构，并利用单轴晶体的色偏振效应，配合小周期纳米光栅的分光能力，对色偏振效应进行增强，最终实现50×50μm内的微区分光。

技术领域

本发明涉及超快激光微纳精密加工技术领域的一种光学元件及其制备方法，特别涉及一种微型分光元件的设计方案和制备方法。

背景技术

分光元件是现代许多重要的光学仪器如光谱仪的核心部件之一，在光探测、光传感、光调控等诸多领域具有非常广泛的应用。分光元件不但影响着光学仪器的尺寸大小、工作环境，更关系到仪器的探测精度、灵敏度等核心参数，直接决定着光学仪器的性能。随着光学仪器向集成化、便携化、微型化发展，光学系统对于分光元件的要求也日益增高。然而，目前的分光元件主要以传统的光栅为主，这种光栅尺寸较大，且对于信号光的入射角度有特定的要求，难以实现微区分光，无法满足先进光学系统的复杂需求。光栅的尺寸和性能成为制约光谱仪整体尺寸进一步缩小的重要因素，限制着光学仪器向集成化、便携化、微型化的进一步推进。

超快激光自组织加工技术是一种利用峰值能量极高的光脉冲激发材料非线性电离，诱导材料局部区域发生周期性相变，通过微区修饰实现精密加工的制造技术。该技术主要通过强场激光与物质的相互作用，在焦点区域诱导建立高强度的空间干涉场，配合材料对超快激光的多光子吸收效应，可以在极短时间内一步实现突破光学衍射极限的纳米级周期性结构的超分辨光学快速制造。

发明内容

为了克服现有分光元件存在的普遍问题，本发明提出一种基于单轴晶体色偏振效应的微型分光元件及其制备方法，实现了在50×50μm范围内的微区分光，极大降低分光元件的尺寸，可以集成在感光芯片上，有力推动光谱仪微型化和集成化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一、一种微型分光元件：

包括起偏器、铌酸锂晶体和检偏器；铌酸锂晶体对称的两侧面分别设置有起偏器和检偏器，铌酸锂晶体在靠近检偏器的一侧加工为纳米光栅，且纳米光栅和铌酸锂晶体光轴平行；

光源发出垂直于铌酸锂晶体光轴的光线，光线依次透过起偏器、铌酸锂晶体、检偏器后被探测器接收。

所述的起偏器和检偏器均平行于铌酸锂晶体光轴布置，并分别紧密贴合于铌酸锂晶体中平行于铌酸锂晶体光轴的对称两侧面。

所述的纳米光栅的栅面暴露在铌酸锂晶体紧贴有检偏器的表面，且和检偏器表面紧贴。

所述的纳米光栅由超快激光在铌酸锂晶体内部加工而成。

所述的起偏器和检偏器均为偏振片或偏振膜，消光比至少达到1000:1以上。

所述的起偏器和检偏器的偏振化方向既不相互垂直，也不相互平行，而是呈0-90°之间的角度。具体角度根据实际分光效果确定，选择分光色彩最显著的位置即可。

二、一种微型分光元件的制备方法，方法包括以下步骤：

步骤1：将铌酸锂晶体固定在位移平台上，激光入射方向与铌酸锂晶体光轴方向保持一致，将待加工参数导入到计算机中，由计算机控制位移平台带动铌酸锂晶体运动，控制超快激光器产生激光；

待加工参数包括运动参数和加工激光参数。

运动参数导入位移平台：设置加工速度50-1000μm/s，加工深度40-1000μm，根据需求和铌酸锂晶体3的大小设置扫描距离，一般不小于50μm。