结构化偏振器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种结构化偏振器及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 结构化偏振器用于许多应用领域，例如偏振成像检测或干涉。由于图像传感器的 分辨率较高，因此要求结构化偏振器偏振方向不同的部分具有高空间分辨率。此外，要求该 结构化偏振器的光学活性层较薄，并提供高偏振衬度。
[0003] -种获得具有所要求的特点的结构化偏振器的方法是将线栅用于光学透明材料 上。但是，该方法获得的最大分辨率受到限制。此外，制备成本相当高。而且，表面特别容 易受到机械接触或撞击的影响。
[0004] 另一种获得具有所要求的特点的结构化偏振器的方法是将金属纳米微粒嵌入光 学透明基板，由此将纳米微粒，例如银，作为球形胶体引入基板表面附近。为了获得空间结 构化偏振器，然后通过加热和机械拉伸或激光照射对该球形胶体进行处理。所述处理将微 粒沿共同方向进行拉伸和排列，从而展示偏振特点。
[0005]US7, 256, 937B2公开了一种空间结构化偏振装置，其中使用多个相互叠加的结 构化偏振基板，每个基板相对于整个基板具有一个共同的偏振方向，基板的偏振方向各不 相同，其中每个基板的结构为去除基板的上部分，例如通过对嵌入金属微粒的部分进行蚀 刻处理。但是，由于每个基板只提供一个偏振方向，因此，为了获得具有不同偏振方向部分 的结构化偏振器，需要使用多个相互叠加的结构化偏振基板。因此，由于基板相互叠加，该 方法导致具有不同偏振方向的临近部分的空间分辨率受到限制。此外，由于需使用多个相 互置加的基板，制备成本相当尚。
[0006] 如图1所示，DE100 64 456B4公开了一种空间结构化偏振装置，其中具有不同 偏振方向的多个部分11、12、13和14相互并排排列在一个层内。相邻偏振区域11、12、13和 14的边界由参考标志15描述。为了获得具有不同偏振方向的部分，具有不同偏振方向的脉 冲激光光束照射到该不同部分上，使嵌入的金属微粒沿光束的偏振方向拉伸并对齐。但是， 由于如图2所示的高斯光束强度剖面41，产生的相对于激光强度的形变的非线性相应43， 即微粒形变43程度不均匀，即每个部分11、12、13和14的中央区域较周边区域展示出更高 的偏振衬度。这导致沿相邻偏振区域之间的边界出现模糊的过渡区44,从而出现偏振不充 分或不正确的区域（图la)或出现偏振不明确或重叠的区域46。但是，这极大地限制了该 结构化偏振装置的空间分辨率。
[0007] 因此，本发明的目标是提供克服上述现有技术缺陷的一种结构化偏振器及其制备 方法。
【发明内容】
[0008] 根据本发明的一个方面，公开了一种结构化偏振器，包括一个由一种介电材料组 成的基板，其中嵌入伸长的金属微粒以形成一个偏振层，该偏振层包括其第一伸长的金属 微粒全部沿一个第一（偏振）方向对齐的多个第一偏振区域以及多个具有第二金属微粒的 第二区域，其中该第一偏振区域和该第二区域以相邻的方式并排排列，其中该第一偏振区 域的该第一金属微粒与该第二区域的该第二金属微粒排列在该偏振层的相同平面，其中相 对于到该第一偏振区域和该第二区域之间一条边界距离为0. 5μπι和1μπι处的该第一偏振 区域（所有区域）内的该第一（偏振）方向的偏振度大于90%，并且相对于到该第一偏振 区域和该第二区域之间一条边界距离为〇. 5μm和1μm处的该第二区域（所有区域）内的 该第一（偏振）方向的偏振度小于10%。上述条件下的优选距离为0.75μπι。
[0009] 本发明的主要目的是提供一种结构化偏振器，其中多个具有不同偏振（或非共 同）方向的部分在一个层（平面）内彼此并排排列，一个单独区域内紧邻所述（偏振）区 域之间边界的偏振度大于90%，且在该单独区域外的该偏振度小于10%。由于上述属性， 该结构化偏振器可以更好地获得高空间分辨率。换句话说，沿着一个区域（亦可称为部分） 的偏振度的剖面不具有高斯曲线或类似的形状，而是具有阶梯式或近似阶梯式的剖面，阶 梯位于上述两个区域之间的边界（部分）。
[0010] 根据本发明，一个偏振区域被定义为具有统一偏振方向的区域。统一偏振方向可 以理解为与平均偏振方向之差为5°的偏振方向，优选为小于2°且较优选为小于Γ(完 整的圆为360° )。
[0011] 根据本发明，一个非偏振区域被定义为没有展示偏振的区域和/或大部分纳米微 粒为球体或方向不固定的伸长的纳米微粒的区域。较优选地，一个非偏振区域的偏振度小 于5 %，较优选地位小于2 %，较优选地位小于1 %，且依然较优选地为小于0. 2 %。
[0012] 根据本发明，具有不同偏振方向的两个相邻偏振区域之间的一条边界被定义为一 条在两个区域之间延伸的线，其中一个第一（偏振）方向（两个相邻偏振区域的第一区域 的共同方向）的偏振度等于一个第二（偏振）方向（两个相邻偏振区域的第二区域的共同 方向）的偏振度。定义了该边界的所述线优选为平行于嵌入金属微粒的基板的一个表面延 伸。较优选地，定义了该边界的所述线沿密度最大的金属微粒的深度延伸。
[0013] 根据本发明，一个偏振区域和一个非偏振区域之间的一条边界被定义为在两个区 域之间延伸的一条线，其中偏振方向（该偏振区域的共同方向）的偏振度为50%。
[0014] 根据本发明，一个指定位置的偏振度是（Ts减去Τρ)除以（Ts加上Τρ)的商，其中 Ts是具有特定波长（或范围）、沿一个预期偏振方向偏振的线性偏振光的光学透射率值，且 Τρ具有相同照射（即相同波长或相同范围）的所述线性偏振光沿垂直于所述预期偏振方向 的偏振方向的光学透射率值。优选地，Ts和Τρ利用一个偏振光源、一个传感器以及放置在 光源和传感器之间的样品通过后续透射率测量测得。Ts是在样品置于传感器和光源之间且 该样品的偏振平行于该光源的偏振的条件下得到的传感器值与在传感器和光源之间无任 何样品情况下得到的传感器值的商。Τρ与Ts的测量方法相同，除了该区域的偏振垂直于该 光源的偏振。光束直径应小于该区域的横向尺寸。优选地，测量装置为一个光谱仪。优选 地，入射角为0度（垂直于样品表面）。
[0015] 根据本发明，偏振衬度是具有一定波长（或范围）且偏振方向平行于所通过的一 个滤波器的一条偏振轴的线性偏振光的一个透射部分与具有相同波长（或相同范围）且偏 振方向垂直于该所通过的滤波器的偏振轴的线性偏振光的一个透射部分的比值。
[0016] -个偏振滤波器的一条偏振轴为具有一定波长（或范围）的入射线性偏振光所有 角度中透射程度最高的一个偏振角度。
[0017] 优选地，相对于到该第一偏振区域和该第二区域之间一条边界距离为0.5μπι和 Ιμπι处的该第一偏振区域（所有区域）内的该第一（偏振）方向的偏振度大于99%，并且 相对于到该第一偏振区域和该第二区域之间一条边界距离为0. 5μm和1μm处的该第二 区域（所有区域）内的该第一（偏振）方向的偏振度小于1%。上述条件下的优选距离为 0. 75μm〇
[0018] 优选地，该第二区域的组成方式为具有沿不同于该第一（偏振）方向的一个第二 (偏振）方向整体对齐的第二伸长金属微粒的第二偏振区域，或其中该第二区域的组成方 式为非偏振区域。
[0019]优选为超过50 %，较优选为超过90 %的所有金属微粒的（最大）尺寸在100和 2000nm之间，较优选地位200和1500nm之间，且依然较优选地位400和800nm之间。优选 地，该介电材料由玻璃或塑料组成。
[0020] 优选地，金属微粒选自一组银、铜、铝、金、铂金和合金或核壳结构。
[0021] 优选地，该基本包括一个平坦的上表面。
[0022] 优选为超过50%，较优选为超过90%的所有金属微粒嵌入该基板的深度为1μπι 和100μm之间，较优选为5μm和20μm之间。
[0023] 优选地，嵌入金属微粒的层的一个层厚度（相对于该基板的上表面的垂直延伸） 的范围为1μπι和100μπι之间，较优选为5μπι和20μπι之间。
[0024] 优选地，每个区域的最大横向尺寸为小于20μπι，较优选为小于15μπι，较优选为 小于10μm且依然较优选为小于8μm。
[0025] 优选地，相对于到该第一偏振区域和该第二偏振区域之间一条边界距离为0. 5μm 和lym处的该第二偏振区域（所有区域）内的该第二（偏振）方向的偏振度大于90%，较 优选为大于99%。上述条件下的优选距离为0. 75μπι。
[0026] 优选地，相对于到该第一偏振区域和该第二偏振区域之间一条边界距离为0. 5μm 和lym处的该第一偏振区域（所有区域）内的该第二（偏振）方向的偏振度小于10%，较 优选为小于1%。上述条件下的优选距离为0.75μπι。
[0027] 优选地，该多个第一偏振区域和第二偏振区域设置在一个单一层内。该单一层嵌 入该基板内。
[0028] 优选地，该偏振层具有统一厚度。
[0029] 优