一种能实现工作于两个频段的单向圆偏振片的亚波长金属微结构阵列的制作方法

文档序号:9199601阅读:529来源:国知局
一种能实现工作于两个频段的单向圆偏振片的亚波长金属微结构阵列的制作方法
【专利说明】一种能实现工作于两个频段的单向圆偏振片的亚波长金属 微结构阵列
[0001] 本发明得到国家自然基金11304226的资助。
技术领域
[0002] 本发明涉及实现双频段单向圆偏振片功能的亚波长金属微结构阵列设计,特别是 一种能实现工作于两个频段的单向圆偏振片的亚波长金属微结构阵列。
【背景技术】
[0003] 实现对光偏振的有效调控具有重要的意义,不仅能加深对光与物质相互作用机制 的理解,而且在其它许多方面也有重要的应用前景。比如说,最简单的光偏振操控器件就是 偏振片。偏振片可以定义为一个偏振过滤器件,允许特定的偏振的光通过,而使得不需要的 偏振的光不通过。常用的偏振片有线偏振片和圆偏振片。比如圆偏振片,该偏振片可以让 左(右)旋圆偏振光通过,而禁止右(左)旋圆偏振光通过。偏振片在光通信、全光网络、光 计算和显示成像中都有重要的应用,比如利用偏振片对偏振选择的特性实现三维显示,还 有偏振片也广泛的应用于液晶显示器件中。作为一个有着实际应用的器件,有各种各样的 方法和材料来实现偏振片,如利用光学材料吸收特性的吸收型偏振片,还有利用光学晶体 各向异性所实现的偏振片,如沃拉斯顿棱镜。本专利所实现的是圆偏振片。圆偏振片是目 前用来实现显示成像技术中非常关键的器件,特别是三维显示技术。目前也有一些方法来 实现圆偏振片,比如利用四分之一波片和线偏振片组合可以实现圆偏振片的功能。
[0004] 亚波长金属微结构材料是由亚波长金属微结构单元构成的,能够实现特定光学特 性的结构性材料。该材料所体现的光学性能主要依赖于所构成单元结构的金属材料和金属 的几何结构,因此改变单元中含有的金属微结构的几何结构可以显著地改变该材料的光学 响应,可以实现较为丰富的光学响应,如各向异性、旋光活性和磁电親合。利用微结构材料 可以很好的操控光的偏振特性,可以实现与偏振密切相关的一些非常有实际应用的现象, 为在金属微结构材料中实现偏振片提供可能。如2007年,英国南安普敦大学光电研宄中心 的Zheludev小组,发现可以在单层的亚波长金属微结构材料中可以实现对圆偏振光的非 对称传输,而该单层亚波长金属微结构材料非常薄,仅仅为几十分之一个波长,随后又发现 许多与偏振相关的非对称传输现象,包括线偏振和圆偏振光。除了和偏振有关的光学现象 之外,利用金属微结构材料实现偏振的操控也有大量的研宄。主要的研宄内容放在实现深 亚波长厚度偏振的旋转和圆偏振片的实现上。如2009年,德国的Wegener小组在Science 上报道了利用亚波长金属微结构材料实现圆偏振片的实验。
[0005] 综上所述,利用亚波长金属微结构材料实现圆偏振片有如下一些优点:1,随着现 在微纳加工技术的发展,亚波长金属微结构材料结构简单易于加工;2,该结构型材料厚度 非常薄,处于亚波长区间,便于实现光学器件的集成;3,结构主要决定光学特性,因此在设 计器件时非常灵活方便,使得工作波长可以灵活调节,不完全受限于材料的光学性质。可 见,利用亚波长金属微结构材料实现偏振操控器件有着非常重要的现实需求。但是现有的 利用亚波长金属微结构材料实现圆偏振片的设计和技术中,实现多个工作频段的圆偏振片 仍然面临着诸多技术上的困难,需要集成多个谐振结构来实现,结构复杂难于加工,因此寻 求金属微结构材料单元结构简单易于加工的圆偏振片具有非常重要的意义。

【发明内容】

[0006] 本发明的目的是针对上述存在的问题,提出一种结构简单、加工容易、适用面广的 能实现工作于两个频段的单向圆偏振片的亚波长金属微结构阵列。
[0007] 为实现上述目的,本发明公开了如下的技术方案: 一种能实现工作于两个频段的单向圆偏振片功能的亚波长金属微结构阵列,其特征 是:包括两层亚波长金属微结构阵列和中间衬底层,亚波长金属微结构阵列位于衬底层的 两面,上层亚波长金属微结构阵列的单元由Z字形金属线构成,而下垂亚波长金属微结构 阵列的单元由连续金属线构成,中间层的衬底材料为玻璃,金属层的材料为金。
[0008] 其中所述构成亚波长金属微结构阵列的单元,正方形单元尺寸为250 nmX250 nm;上层Z字形金属结构采用金,其长度为180 nm、Z字形的臂长为150 nm、宽度为50 nm、 厚度为30 nm;中间衬底层为玻璃,厚度为30 nm;下层金属结构为连续的金属线,材料为 金,长度为250 nm,宽度为120 nm,厚度为100 nm。
[0009] 所述的单向圆偏振片的亚波长金属微结构阵列工作频段的中心频率分别位于 168. 4 THz和363. 6 THz;在第一工作频率位置处,168. 4 THz,光从上层金属结构垂直入 射,对于入射为左旋圆偏振光的话,该结构输出光强为0. 42,而对于右旋圆偏振光入射的 话,输出光强为〇. 〇 1,几乎为〇,可以达到左旋圆偏振光输出,而右旋圆偏振不光输出的特 性,从而实现圆偏振片的功能;对比度1为完美的偏振片,在中心频率168. 4 THz的对比度 为0. 95,对比度达到0. 5的带宽为34 THz ;而在第二工作频率位置处,363. 6 THz,光从上 层金属结构垂直入射,对于入射为左旋圆偏振光的话,该结构输出光强为〇. 04,几乎为0, 而对于右旋圆偏振光入射的话,输出光强为0. 646,可以达到左旋圆偏振光不输出,而右旋 圆偏振光输出的特性,从而实现圆偏振片的功能;对比度1为完美的偏振片,在中心频率 363. 6 THz的对比度为0. 88,对比度达到0. 5的带宽为72. 4 THz,在第一和第二工作频率 处,该结构体现的圆偏振光输出特性是不同的,但都可以实现圆偏振片的功能。如果变换入 射光的方向,若光从底层金属结构垂直入射,该结构所能实现的偏振片的功能就会消失,无 论入射的左旋还是右旋圆偏振光,在两个工作频率,都输出同样的光强,不可以区分左右旋 圆偏振,不可以作为圆偏振片在该入射方向。
[0010] 本发明进一步公开了能实现工作于两个频段的单向圆偏振片功能的亚波长金属 微结构阵列在用于显示成像、光通讯、光学计算不同电磁方面的应用。特别是在提高红外成 像设备的集成度方面的应用。结果显示: (1) 圆偏振片第一工作频段中心频率为168. 4 THz,厚度仅为0. 09个波长,输出光强对 比度为0. 95. (2) 圆偏振片第二工作频段中心频率为363. 6 THz,厚度仅为0. 194个波长,输出光强 对比度为0.88. (3) 光从上层金属结构入射时,金属微结构阵列体现圆偏振片的偏振选择特性,如果反 向入射,即从下层金属结构入射时,金属微结构阵列不体现圆偏振片的偏振选择特性。
[0011] 本发明更加详细的描述如下: 所述构成亚波长金属微结构阵列的单元,正方形单元尺寸为250 nmX 250 nm;该有效 结构含有三层材料,为金属-玻璃-金属构型;上层单元结构为Z字形金属结构,采用金,其 长度为180 nm、Z字形的臂长为150 nm、宽度为50 nm、厚度为30 nm;中间衬底层为玻璃, 厚度为30 nm;下层金属单元结构为连续的金属线,材料为金,长度为250 nm,宽度为120
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1