本發(fā)明涉及光柵偏振器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種亞波長光柵偏振器及制備方法。

背景技術(shù)：

光柵偏振器件是光學(xué)信息處理、光學(xué)測(cè)量、光通信等系統(tǒng)中重要的光學(xué)元件，是光學(xué)器件中使用最早、應(yīng)用最廣的器件之一。傳統(tǒng)的偏振器主要利用天然晶體的雙折射效應(yīng)或者多層膜結(jié)構(gòu)的偏振選擇性。天然雙折射晶體造成晶體偏振器體積較大，無法實(shí)現(xiàn)微型化和集成化；多層膜結(jié)構(gòu)的偏振器制作需要堆積的薄膜層數(shù)很多，制作過程相對(duì)復(fù)雜，而且這種多層膜結(jié)構(gòu)的偏振選擇性只在一個(gè)較小的波長范圍內(nèi)和角度范圍內(nèi)才具有大的消光比，因此這兩種偏振器的應(yīng)用都受到了很大的限制。金屬光柵偏振器是一種新興的基于微納結(jié)構(gòu)的偏振器件，較傳統(tǒng)的偏振器件具有體積小、片子薄、結(jié)構(gòu)緊湊、易集成、偏振性好等優(yōu)點(diǎn)，因此已廣泛應(yīng)用于光纖通信、液晶顯示、光學(xué)投影、光電檢測(cè)等領(lǐng)域。隨著電子束曝光、納米壓印技術(shù)、反應(yīng)離子刻蝕等微加工工藝的發(fā)展，研究者們已經(jīng)制作出了多種不同類型的亞波長金屬光柵偏振器。當(dāng)入射光到達(dá)金屬光柵表面時(shí)，電場(chǎng)方向平行于光柵刻槽的te分量（橫電波）能夠激發(fā)金屬光柵的電子而產(chǎn)生電流，使該分量的偏振光發(fā)生反射；電場(chǎng)方向垂直于光柵刻槽方向的tm分量（橫磁波）無法激發(fā)金屬中的電子，因此不會(huì)被反射，除少量吸收外，大部分能夠通過光柵層，形成透射光，因此金屬光柵的透射光中，tm分量遠(yuǎn)多于te分量，具有很強(qiáng)的偏振分光特性。但單層結(jié)構(gòu)很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)高消光比和高透過率。

所以，如何設(shè)計(jì)一種亞波長光柵偏振器及制備方法，成為我們當(dāng)前要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種亞波長光柵偏振器及制備方法，通過采用亞波長全刻蝕光柵結(jié)構(gòu)，并使其中的波導(dǎo)層的折射率大于所述上包層和下包層的折射率，能夠兼耦合與分束功能于一體，并具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、與cmos工藝兼容性好、制作成本低且快速等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的應(yīng)用光電集成電路系統(tǒng)當(dāng)中，同時(shí)采用多層偏振片，可以提高實(shí)現(xiàn)高消光比和高透過率，可以有效解決上述背景技術(shù)中的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種亞波長光柵偏振器，包括偏振片和基層，所述偏振片的下方設(shè)置有基層，所述基層的內(nèi)部包括有光柵層、波導(dǎo)層和包層；所述光柵層與所述波導(dǎo)層位于同一層；所述波導(dǎo)層的折射率大于包層的折射率，所述波導(dǎo)層由多個(gè)重復(fù)的光柵單元組成，所述光柵單元包括：位置左右相鄰的第一介質(zhì)和第二介質(zhì)、位于第一介質(zhì)頂部的上層金屬、位于第二介質(zhì)底部的下層金屬以及位于下層金屬與第一介質(zhì)底部的襯底；所述上層金屬與下層金屬上下交錯(cuò)排布；所述等高度的上層金屬、第二介質(zhì)和上層金屬構(gòu)成金屬-第二介質(zhì)狹縫-金屬波導(dǎo)，所述等高度下層金屬、第一介質(zhì)光柵和下層金屬構(gòu)成金屬-第一介質(zhì)狹縫-金屬波導(dǎo)，第一介質(zhì)狹縫與第二介質(zhì)狹縫中至少有一種介質(zhì)狹縫的寬度小于工作波長的橫電場(chǎng)偏振光對(duì)應(yīng)的最低階模式截止寬度，所述上層金屬與下層金屬中至少一層金屬的厚度大于工作波段te光的模式滲透深度。

根據(jù)上述技術(shù)方案，所述第二介質(zhì)的寬度不大于金屬光柵周期減去第一介質(zhì)光柵的寬度，所述第一介質(zhì)光柵的側(cè)面具有上層金屬，所述第一介質(zhì)、第二介質(zhì)的高度滿足法布里珀羅共振腔的干涉相消條件，所述上層金屬是單層金屬或混合多層含有金屬的薄膜，所述下層金屬是單層金屬或混合多層含有金屬的薄膜。

根據(jù)上述技術(shù)方案，所述偏振片為多層偏振片，相鄰偏振片之間通過連接層連接；所述光柵層與所述波導(dǎo)層的制備材料相同；所述光柵層的光柵周期的大小小于入射光波長。

根據(jù)上述技術(shù)方案，所述第一介質(zhì)為對(duì)工作波長透明的材料。

根據(jù)上述技術(shù)方案，所述第二介質(zhì)對(duì)工作波長透明的材料，所述第二介質(zhì)的高度從下層金屬的頂部到上層金屬的頂部。

一種亞波長光柵偏振器制備方法，包括如下步驟：

1）制備偏振片：通過偏振片制作模具制作偏振片；

2）制備基層：通過制備模具光柵層、波導(dǎo)層和包層；

3）制備成型：通過壓印機(jī)壓印偏振片和基層，即得到亞波長光柵偏振器。

根據(jù)上述技術(shù)方案，所述步驟2）波導(dǎo)層的制備具體為利用光刻或納米壓印在襯底上制作第一介質(zhì)光柵；采用蒸發(fā)或者濺射方式在第一介質(zhì)光柵上蒸鍍一層金屬或者多層不同金屬，形成在橫向上有位移的分別位于第一介質(zhì)光柵頂部和間隙的雙層金屬光柵或復(fù)合金屬光柵，即上層金屬和下層金屬；在第一介質(zhì)光柵間隙的下層金屬之上填入第二介質(zhì)光柵。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過采用亞波長全刻蝕光柵結(jié)構(gòu)，并使其中的波導(dǎo)層的折射率大于所述上包層和下包層的折射率，能夠兼耦合與分束功能于一體，并具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、與cmos工藝兼容性好、制作成本低且快速等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的應(yīng)用光電集成電路系統(tǒng)當(dāng)中，同時(shí)采用多層偏振片，可以提高實(shí)現(xiàn)高消光比和高透過率。

附圖說明

附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

在附圖中：

圖1是本發(fā)明的主視圖；

圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖；

圖3是本發(fā)明的制備流程圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1、偏振片；2、基層；3、光柵層；4、波導(dǎo)層；5、包層。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例：如圖1-3所示，本發(fā)明提供一種亞波長光柵偏振器，包括偏振片1和基層2，偏振片1的下方設(shè)置有基層2，基層2的內(nèi)部包括有光柵層3、波導(dǎo)層4和包層5；光柵層3與波導(dǎo)層4位于同一層；波導(dǎo)層4的折射率大于包層5的折射率，波導(dǎo)層4由多個(gè)重復(fù)的光柵單元組成，光柵單元包括：位置左右相鄰的第一介質(zhì)和第二介質(zhì)、位于第一介質(zhì)頂部的上層金屬、位于第二介質(zhì)底部的下層金屬以及位于下層金屬與第一介質(zhì)底部的襯底；上層金屬與下層金屬上下交錯(cuò)排布；等高度的上層金屬、第二介質(zhì)和上層金屬構(gòu)成金屬-第二介質(zhì)狹縫-金屬波導(dǎo)，等高度下層金屬、第一介質(zhì)光柵和下層金屬構(gòu)成金屬-第一介質(zhì)狹縫-金屬波導(dǎo)，第一介質(zhì)狹縫與第二介質(zhì)狹縫中至少有一種介質(zhì)狹縫的寬度小于工作波長的橫電場(chǎng)偏振光對(duì)應(yīng)的最低階模式截止寬度，上層金屬與下層金屬中至少一層金屬的厚度大于工作波段te光的模式滲透深度。

根據(jù)上述技術(shù)方案，第二介質(zhì)的寬度不大于金屬光柵周期減去第一介質(zhì)光柵的寬度，第一介質(zhì)光柵的側(cè)面具有上層金屬，第一介質(zhì)、第二介質(zhì)的高度滿足法布里珀羅共振腔的干涉相消條件，上層金屬是單層金屬或混合多層含有金屬的薄膜，下層金屬是單層金屬或混合多層含有金屬的薄膜。

根據(jù)上述技術(shù)方案，偏振片1為多層偏振片，相鄰偏振片之間通過連接層連接；光柵層3與波導(dǎo)層4的制備材料相同；光柵層3的光柵周期的大小小于入射光波長。

根據(jù)上述技術(shù)方案，所述第一介質(zhì)為對(duì)工作波長透明的材料。

根據(jù)上述技術(shù)方案，所述第二介質(zhì)對(duì)工作波長透明的材料，所述第二介質(zhì)的高度從下層金屬的頂部到上層金屬的頂部。

一種亞波長光柵偏振器制備方法，包括如下步驟：

1）制備偏振片：通過偏振片制作模具制作偏振片；

2）制備基層：通過制備模具光柵層、波導(dǎo)層和包層；

3）制備成型：通過壓印機(jī)壓印偏振片和基層，即得到亞波長光柵偏振器。

根據(jù)上述技術(shù)方案，所述步驟2）波導(dǎo)層的制備具體為利用光刻或納米壓印在襯底上制作第一介質(zhì)光柵；采用蒸發(fā)或者濺射方式在第一介質(zhì)光柵上蒸鍍一層金屬或者多層不同金屬，形成在橫向上有位移的分別位于第一介質(zhì)光柵頂部和間隙的雙層金屬光柵或復(fù)合金屬光柵，即上層金屬和下層金屬；在第一介質(zhì)光柵間隙的下層金屬之上填入第二介質(zhì)光柵。

基于上述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過采用亞波長全刻蝕光柵結(jié)構(gòu)，并使其中的波導(dǎo)層的折射率大于所述上包層和下包層的折射率，能夠兼耦合與分束功能于一體，并具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、與cmos工藝兼容性好、制作成本低且快速等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的應(yīng)用光電集成電路系統(tǒng)當(dāng)中，同時(shí)采用多層偏振片，可以提高實(shí)現(xiàn)高消光比和高透過率。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。