光学非线性偏振调控元件以及调控入射光波偏振的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及偏振光学领域，尤其涉及一种光学非线性偏振调控元件，调控入射光 波偏振的方法以及其应用。
【背景技术】
[0002] 偏振光已被人们广泛使用，当前人们已经拥有多种方法与装置以实现对光波偏振 态的调控，例如采用电光调制器、液晶调制器、磁光调制器等。它们的原理是利用电场或磁 场使电光晶体、液晶分子、磁光晶体的双折射特性或旋光特性发生改变，进而使得透射光的 偏振态发生变化。
[0003] 然而以上方法中加载的调控电场或磁场信号均依赖于电子线路产生，其开关速度 受限于电路的响应速度。另外，如果类似的元件使用于现代光信息通信系统中，在信息代码 生成与调控阶段伴随着电信号-光信号之间的转换，造成时间浪费，限制了通讯系统中信 息的传输速率与带宽。而利用光学调控手段可以实现较快的响应速度。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种全光式的利用光学非线性效应的偏振调控元件以及 采用该偏振调控元件调控入射光波偏振的方法。
[0005] -种光学非线性偏振调控元件，其中，其包括：一绝缘透明基底；一设置于该绝缘 透明基底的一表面的金属等离子激元层，所述等离子激元层包括多个周期设置的具有手性 的微结构；以及一设置于该金属等离子激元层远离该绝缘透明基底的表面且将该金属等离 子激元层覆盖的折射率可调控薄膜，所述折射率可调控薄膜包括折射率在光照下可调控的 材料。
[0006] 如上述光学非线性偏振调控元件，优选地，所述折射率可调控薄膜部分延伸至所 述等离子激元层的开口中并与所述绝缘透明基底的表面接触。
[0007] 如上述光学非线性偏振调控元件，优选地，所述折射率在光照下可调控的材料为 半导体材料，非线性晶体材料，光折变材料，光致变色材料以及光致异构材料中的一种或几 种。
[0008] 如上述光学非线性偏振调控元件，优选地，所述折射率可调控薄膜包括一聚甲基 丙烯酸甲酯聚合物以及多个分散于该聚合物中的乙基红光致异构材料。
[0009] 如上述光学非线性偏振调控元件，优选地，所述金属为金、银、铜、铁、铝、镍等或其 合金；所述微结构的厚度为30纳米~100纳米，周期为300纳米~1000纳米，尺寸为100纳 米~500纳米。
[0010] 如上述光学非线性偏振调控元件，优选地，所述多个微结构间隔设置形成一阵列； 所述微结构包括一矩形本体以及一由该矩形本体延伸出来的矩形尖端凸起；所述矩形本体 与所述矩形尖端凸起为一整体结构；所述矩形尖端凸起靠近一角处设置，且所述矩形尖端 凸起的一长边与该矩形本体的一边平齐。
[0011] 如上述光学非线性偏振调控元件，优选地，所述绝缘透明基底的材料为氧化硅、氮 化硅、蓝宝石、陶瓷、玻璃、石英、金刚石以及聚合物中的一种或多种。
[0012] -种调控入射光波偏振的方法，其包括：在某一时间内，米用一偏振入射光和一调 控光同时从所述折射率可调控薄膜一侧照射如上述任意一项所述的光学非线性偏振调控 元件，其中，所述调控光为能够引起所述折射率可调控薄膜的折射率变化的光。
[0013] 如上述调控入射光波偏振的方法，优选地，所述方法具体包括：先采用所述偏振 入射光照射该光学非线性偏振调控元件，并从该绝缘透明基底一侧得到第一偏振调制出射 光；再采用所述调控光照射该光学非线性偏振调控元件，同时保持所述偏振入射光继续照 射，并从该绝缘透明基底一侧得到第二偏振调制出射光；所述第二偏振调制出射光的光谱 特性相对于所述第一偏振调制出射光的光谱特性发生波长移动。
[0014] 如上述调控入射光波偏振的方法，优选地，所述绝缘透明基底为二氧化硅层，所述 等离子激元层为金微结构阵列，所述折射率可调控薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯聚合物以及 多个分散于该聚合物中的乙基红光致异构材料；所述偏振入射光为X偏振光，所述第一偏 振调制出射光和第二偏振调制出射光为椭圆偏振光，所述调控光为偏振绿光；所述第二偏 振调制出射光的椭偏角X与主轴方向旋转角Φ相对于所述第一偏振调制出射光的椭偏角 X与主轴方向旋转角Φ发生波长移动。
[0015] 与现有技术相比较，本发明提供的光学非线性偏振调控元件可以实现对偏振光的 全光式调控。本发明提供的全光式的调控入射光波偏振的方法，具有方法简单，相应速度快 的优点。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明实施例提供的光学非线性偏振调控元件的结构示意图。
[0017] 图2为本发明实施例提供的光学非线性偏振调控元件的等离子激元层的微结构 的结构示意图。
[0018] 图3为本发明实施例提供的光学非线性偏振调控元件的等离子激元层的微结构 阵列的扫描电镜照片。
[0019] 图4为本发明实施例提供的采用本发明的光学非线性偏振调控元件调控入射光 偏振的方法流程图。
[0020] 图5为本发明实施例中，采用调控光照射前，不同波长X偏振光透过本发明的光学 非线性偏振调控元件后转化为椭偏光的椭偏角X与极轴(偏振面）旋转角Φ。
[0021] 图6为本发明实施例中，本发明的光学非线性偏振调控元件的透射光椭偏角X与 极轴旋转角Φ在采用调控光照射前和照射后的对比。
[0022] 图7为本发明实施例中，采用调控光照射前和照射后，本发明的光学非线性偏振 调控元件的透射光的椭偏角X与极轴旋转角Φ的差△ X和Δ φ。
[0023] 图8为本发明实施例中，采用绿光调控光照射前和照射后，本发明的光学非线性 偏振调控元件的乙基红分子结构的光致异构变化。
[0024] 图9为本发明实施例中，采用调控光照射时，光学非线性偏振调控的时间响应特 性。
[0025] 图10为本发明实施例提供的采用本发明的光学非线性偏振调控元件的偏振成像 系统。
[0026] 图11为本发明实施例提供的偏振成像系统的待成像掩模的结构示意图。
[0027] 图12为本发明实施例提供的偏振成像系统采用图11的成像掩模的成像结果。
[0028] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0029] 下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的光学非线性偏振调控元件，调控 入射光波偏振的方法以及其应用作进一步的详细说明。
[0030] 请参阅图1，本发明实施例提供一种光学非线性偏振调控元件100,该光学非线性 偏振调控元件100包括一绝缘透明基底101、一等离子激元层102以及一折射率可调控薄 膜103。所述绝缘透明基底101、等离子激元层102以及折射率可调控薄膜103依次层叠设 置。
[0031] 具体地，所述等离子激元层102设置于该绝缘透明基底101的一表面。所述折射率 可调控薄膜103设置于该等离子激元层102远离该绝缘透明基底101的表面且将该等离子 激元层102覆盖。可以理解，该光学非线性偏振调控元件100还可包括一透明保护层（图 未示）覆盖于该折射率可调控薄膜103远离该等离子激元层102的表面。
[0032] 所述绝缘透明基底101为一曲面型或平面型的结构。该绝缘透明基底101主要起 支撑的作用。该绝缘透明基底101可以由硬性材料或柔性材料形成。具体地，所述硬性材料 可选择为氧化硅、氮化硅、蓝宝石、陶瓷、玻璃、石英、金刚石或塑料等。所述柔性材料可选择 为聚碳酸酯（PC)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚乙烯（PE)、聚酰亚胺（PI)或聚对苯二甲酸 乙二醇酯（PET)等聚酯材料，或聚醚砜（PES)、纤维素酯、聚氯乙烯（PVC)、苯并环丁烯（BCB) 或丙烯酸树脂等材料。形成所述绝缘透明基底101的材料并不限于上述列举的材料，只要 能使绝缘透明基底101起到支撑作用且透明的材料即可。所述绝缘透明基底101的形状、 尺寸和厚度可以根据实际需要选择。本实施例中，所述绝缘透明基底101为一厚度为500 微米的二氧化硅层。
[0033] 所述等离子激元层102的材料为金属以产生表面等离子体激元，如金、银、铜、铁、 铝、镍等或其合金。所述等离子激元层102包括多个周期设置的具有手性的微结构1022。 所述周期设置的微结构1022通过聚焦离子束刻蚀或电子束曝光等技术加工金层制备。所 述多个微结构1022间隔设置使得该等离子激元层102可以透光。该微结构1022的图形不 限，只要具有手性即可。所述微结构1022的厚度