双层线栅偏振器的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于电子设备【技术领域】，尤其是涉及一种双层线栅偏振器。它解决了现有线栅偏振器消光比低等问题。包括基底，所述的基底上下两侧分别设有相互平行设置的线栅组，每一个线栅组均包括若干在同一平面周期性排列的金属线，所述的金属线纵向等间距分布且相互平行设置，所述的基底上下两侧的线栅组横向错位设置且两个线栅组的错位距离的大小为金属线的线宽大小的一半，所述的线栅组中相邻两个金属线的间距大小与所述的金属线的线宽大小相等。本双层线栅偏振器的优点在于：结构简单，将基底两侧周期性排列的平行金属线偏移了半个线宽，从而提高了本线栅偏振器的消光比，损耗小，成本低。
【专利说明】双层线栅偏振器
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电子设备【技术领域】，尤其是涉及一种双层线栅偏振器。
【背景技术】
[0002] 偏振器是光学信息处理、光学测量、光通信等系统中重要的光学元件，因此已广泛 应用于光纤通信、液晶显示、光学投影、光电检测等领域。其中消光比是衡量偏振器性能的 主要参数，定义为10 X l〇g1(l (τΤΜ/τΤΕ)，消光比越高，偏振器性能越优，其中τΤΜ和τ ΤΕ分别表 示线栅偏振器ΤΜ和ΤΕ偏振波透射率。在太赫兹波段领域中最常见的偏振器是液晶偏振器 和线栅偏振器。应用最广泛的液晶偏振器具有良好的偏振性能，但是工作频率范围较窄，结 构复杂，成本高，其应用受到限制。传统的太赫兹波段偏振器是无支撑金属线栅偏振器，由 于没有基底材料，损耗很低，被广泛应用于太赫兹波段，但周期统一、间距均匀的弯曲金属 线结构加工起来难度很大，而且结构脆弱、消光比较低。2009年，Yamada等人利用微加工方 法在硅基底上加工了周期为3μπι的铝质金属线栅偏振器，在0. 5?3. OTHz范围内消光比 优于23dB，但高介电常数的硅基底材料造成的菲涅尔反射，使其损耗较高。同年Yong Ma等 人利用光刻工艺在高密度聚乙烯材料上加工了太赫兹线栅偏振器，实现了较低的损耗，但 是要提高消光比，就要制备周期更小的线栅结构，这就需要采用成本更高、难度更大的纳米 印刷和加工工艺，该工艺存在难以制备太赫兹波段大尺寸线栅偏振器的缺点。2010年，Lin Sun等人理论上提出了利用双层线栅实现高消光比的偏振器结构设计。2012年，Deng等人 在硅基底上加工了双层金质线栅偏振器，相比传统单层线栅偏振器，消光比得到了大幅度 提高。但是以上几种线栅偏振器依然存在着结构过于复杂、消光比不尽如人意的问题。
[0003] 为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的 解决方案。例如，中国专利文献公开了一种可调谐双层金属光栅偏振器[申请号： 201320357068. 6]，包含：具有相同结构参数的上下正对的二个金属光栅层、固定二个金属 光栅层间距的金属片以及连接金属片的控温单元，二个金属光栅层和金属片形成一个密封 腔，在恒压条件下，控温单元通过控制密封腔内的空气的温度来调节空气的折射率。
[0004] 上述方案在一定程度上缓解了光栅偏振器消光比低的问题，但是该方案依然存在 着：结构复杂，加工难度大，成本高，损耗大，使用局限性大的问题。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种结构简单，消光比高的双层线栅偏 振器。
[0006] 为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本双层线栅偏振器，包括基 底，所述的基底上下两侧分别设有相互平行设置的线栅组，每一个线栅组均包括若干在同 一平面周期性排列的金属线，所述的金属线纵向等间距分布且相互平行设置，其特征在于， 所述的基底上下两侧的线栅组横向错位设置且两个线栅组的错位距离的大小为金属线的 线宽大小的一半，所述的线栅组中相邻两个金属线的间距大小与所述的金属线的线宽大小 相等。该结构中通过将基底上下两侧的线栅组错位设置，即实现基底一侧的每一条金属线 的中心位置相对于基底另一侧的对应的每一条金属线的中心位置横向偏移了半个金属线 的线宽，从而提高了线栅偏振器的消光比。
[0007] 在上述的双层线栅偏振器中，所述的金属线的线宽大小为10 μ m;两个线栅组的 错位距离为5 μ m ;所述的线栅组中相邻两个金属线的间距大小为10 μ m。由此可以得出该 线栅组的周期大小为20 μ m。
[0008] 在上述的双层线栅偏振器中，所述的基底的厚度大小为50 μ m。
[0009] 在上述的双层线栅偏振器中，所述的基底由聚酰亚胺薄膜制成。具有柔韧性好、损 耗较低等优点。
[0010] 在上述的双层线栅偏振器中，所述的金属线采用铜材料制成。具有导电性好的特 点，优选地这里的金属线采用激光诱导与化学镀铜方式设置在基底上。
[0011] 与现有的技术相比，本双层线栅偏振器的优点在于：结构简单，将基底两侧周期性 排列的平行金属线偏移了半个线宽，从而提高了本线栅偏振器的消光比，损耗小，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0013] 图2为本实用新型中消光比的对比图。
[0014] 图中，基底1、线栅组2、金属线21、错位距离S、线宽W、间距H、周期P。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细的说明。
[0016] 如图1-2所示，本双层线栅偏振器，包括基底1，基底1上下两侧分别设有相互平 行设置的线栅组2,每一个线栅组2均包括若干在同一平面周期性排列的金属线21，金属线 21纵向等间距分布且相互平行设置，基底1上下两侧的线栅组2横向错位设置且两个线栅 组2的错位距离S的大小为金属线21的线宽W大小的一半，线栅组2中相邻两个金属线21 的间距Η大小与金属线21的线宽W大小相等，即实现基底1 一侧的每一条金属线21的中 心位置相对于基底1另一侧的对应的每一条金属线21的中心位置横向偏移了半个金属线 21的线宽W，从而提高了线栅偏振器的消光比。
[0017] 本实施例中，具体地，这里的金属线21的线宽W大小为10 μ m;两个线栅组2的错 位距离S为5 μ m ;线栅组2中相邻两个金属线21的间距Η大小为10 μ m，由此可以得出该 线栅组2的周期T大小为20 μ m。优选地，基底1的厚度大小为50 μ m。进一步地，这里的 基底1由聚酰亚胺材料制成，这样使得基底1具有柔韧性好、损耗较低等优点。这里的金属 线21采用铜材料制成，这样具有导电性好的特点。
[0018] 本实施的原理在于，基底1选用柔韧、太赫兹波段介电常数和损耗较低且厚度为 50 μ m的聚酰亚胺薄膜，然后利用激光诱导与化学镀铜方式在其一侧制备周期P = 20 μ m线 宽w = 10 μ m的线栅组2,每一个线栅组2均包括若干在同一平面周期性排列的金属线21， 金属线21纵向等间距分布且相互平行设置，然后利用同样的方法在聚酰亚胺薄膜另一侧 制得同样的线栅组2,要求上下两侧的线栅组2横向偏移半个金属线21的线宽S，即实现基 底1 一侧的每一条金属线21的中心位置相对于基底1另一侧的对应的每一条金属线21的 中心位置横向偏移了半个金属线21的线宽S。
[0019] 该偏振器的消光比定义为dB = 10X logltl(TTM/TTE)，其中TTM和T TE分别表示线栅偏 振器ΤΜ和ΤΕ偏振波透射率，计算得到双层线栅偏振器的消光比。其中金属线偏移了 5 μ m 的偏振器消光比相对于金属线不偏移的偏振器的消光比高出了 7. 7dB，主要是由于将线栅 错开后降低了 TE偏振波的透过率，根据消光比的定义为dB = 10Xlogltl(TTM/TTE)可知TE透 过率降低后消光比提高。
[0020] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所 属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似 的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0021] 尽管本文较多地使用了基底1、线栅组2、金属线21、错位距离S、线宽W、间距H、周 期P等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述 和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违 背的。
【权利要求】
1. 一种双层线栅偏振器，包括基底（1)，所述的基底（1)上下两侧分别设有相互平行设 置的线栅组（2)，每一个线栅组（2)均包括若干在同一平面周期性排列的金属线（21)，所述 的金属线（21)纵向等间距分布且相互平行设置，其特征在于，所述的基底（1)上下两侧的 线栅组（2)横向错位设置且两个线栅组（2)的错位距离（S)的大小为金属线（21)的线宽 (W)大小的一半，所述的线栅组⑵中相邻两个金属线（21)的间距⑶大小与所述的金属 线（21)的线宽（W)大小相等。
2. 根据权利要求1所述的双层线栅偏振器，其特征在于，所述的金属线（21)的线宽 (W)大小为10 μ m ;两个线栅组⑵的错位距离⑶为5 μ m ;所述的线栅组⑵中相邻两个 金属线（21)的间距（H)大小为10 μ m。
3. 根据权利要求1或2所述的双层线栅偏振器，其特征在于，所述的基底（1)的厚度大 小为50 μ m。
4. 根据权利要求3所述的双层线栅偏振器，其特征在于，所述的基底（1)由聚酰亚胺材 料制成。
5. 根据权利要求1所述的双层线栅偏振器，其特征在于，所述的金属线（21)采用铜材 料制成。
【文档编号】G02B5/30GK203881966SQ201420259955
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】吴晓, 刘建军 申请人:中国计量学院