本發明專利技術涉及一種可調諧高消光比金屬光柵偏振器，包括具有相同結構參數的上下兩層獨立正對的金屬光柵偏振器，可伸縮材料固定在上下兩層金屬光柵偏振器之間，并上下兩光柵面保持平行，不同驅動電壓驅動可伸縮材料，對應不同可伸縮材料長度，兩金屬光柵偏振器之間的距離為中間可伸縮材料的長度。此結構的金屬光柵偏振器能夠同時獲得很高的消光比Ex和透過率TTM，并且偏振器的中心波長可調，能夠在整個可見光波段內調諧。本結構只是將參數相同的兩塊線柵偏振器進行疊加，制作簡單，容易實現，有很強的可行性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種金屬光柵偏振器，特別涉及一種可調諧高消光比金屬光柵偏振器。
技術介紹
偏振器件是光學器件中使用最早、應用最廣的器件之一。通常產生偏振光的器件有偏振棱鏡、介質膜層結構、二向色性偏振片等。金屬光柵偏振器是一種新興的基于微納結構的偏振器件，較傳統的偏振器件具有體積小、片子薄、易集成、性能高等優點，因此已廣泛應用于光纖通信、液晶顯示、光學投影、光電檢測等領域。其通常的制作方法是在基底表面鍍金屬薄膜，再鍍一層光刻膠作為掩膜版，使用電子束直寫的方式在光刻膠表面形成光柵結構，然后采用離子束蝕刻工藝，將光刻膠上的槽形轉移到金屬薄膜上，形成金屬光柵，即完成了金屬光柵偏振器模板的制作。采用納米壓印技術，可將模版復制出更多的結構相同、 參數相同的金屬光柵偏振器。入射光到達金屬光柵表面時，電場方向平行于光柵刻槽的TE分量(橫電波)能夠激發金屬光柵的電子而產生電流，使該分量的偏振光發生反射；電場方向垂直于光柵刻槽方向的TM分量(橫磁波)無法激發金屬中的電子，因此不會被反射，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分量遠多于TE分量，具有很強的偏振分光特性。衡量偏振分束器的主要指標有消光比Ex和透過率TTM。其中消光比定義為TM分量透射率與TE分量透過率的比值，因此數值越大越好；ΤΤΜ是指TM分量的透過率，反映了偏振器件的能量利用率，越接近I越好；ΤΤΕ是指TE分量的透過率。然而就單層金屬光柵結構來說，消光比Ex和透過率Ttm是一對矛盾的量，提高占空比、金屬光柵深度等方法可以提高偏振器的消光比，卻要犧牲TM分量的透過率。因此單層結構很難同時實現高消光比和高透過率。
技術實現思路
本專利技術是針對單層金屬光柵很難同時實現高消光比和高透過率的問題，提出了一種可調諧高消光比金屬光柵偏振器，采用雙層金屬光柵結構，同時提高消光比Ex和透過率 ΤΤΜ，再使用長度可調的伸縮機制，有效調諧偏振分束器的中心波長，從而滿足不同波段的應用需求。本專利技術的技術方案為一種可調諧高消光比金屬光柵偏振器，包括具有相同結構參數的上下兩層獨立正對的金屬光柵偏振器，可伸縮材料固定在上下兩層金屬光柵偏振器之間，并上下兩金屬光柵面保持平行，不同驅動電壓驅動可伸縮材料，對應不同可伸縮材料長度，兩金屬光柵偏振器之間的距離為中間可伸縮材料的長度。所述金屬光柵偏振器由基底和金屬光柵組成，在玻璃或石英基底上刻蝕制作金屬光柵，金屬光柵具有槽形、槽寬、槽深、槽間距離，上下兩層金屬光柵偏振器的槽形參數、光柵槽形方向一致。所述可伸縮材料為壓電陶瓷，分辨率可達到納米精度。本專利技術的有益效果在于本專利技術可調諧高消光比金屬光柵偏振器，能夠同時獲得很高的消光比Ex和透過率TTM，并且偏振器的中心波長可調，能夠在整個可見光波段內調諧。本結構只是將參數相同的兩塊線柵偏振器進行疊加，制作簡單，容易實現，有很強的可行性。附圖說明圖I為單層金屬光柵偏振器結構示意圖；圖2為本專利技術可調諧高消光比金屬光柵偏振器結構示意圖；圖3為單層金屬光柵結構的透過率Ttm和Tte特性曲線圖；圖4為單層金屬光柵結構的消光比Ex特性曲線圖；圖5為本專利技術可調諧高消光比金屬光柵偏振器透過率Ttm和Tte特性曲線圖；圖6為本專利技術可調諧高消光比金屬光柵偏振器消光比Ex特性曲線圖；圖7為本專利技術可調諧高消光比金屬光柵偏振器壓電陶瓷伸縮時透過率Ttm特性曲線圖；圖8為本專利技術可調諧高消光比金屬光柵偏振器壓電陶瓷伸縮時透過率Tte特性曲線圖；圖9為本專利技術可調諧高消光比金屬光柵偏振器壓電陶瓷伸縮時消光比Ex特性曲線圖。具體實施方式圖I為單層金屬光柵偏振器結構，其結構參數有金屬光柵周期λ、金屬線寬d和光柵槽深h。假設金屬材料為鋁，光柵槽形為矩形槽形，基底為K9玻璃，其厚度為5mm，光柵周期為lOOnm，金屬線寬為50nm，光柵槽深為50nm。根據以上參數，可計算出該結構的偏振特性，如圖3所示為360nm到780nm波段內偏振器的透過率Ttm和透過率Tte的變化曲線，圖4 為消光比Ex的變化曲線。從圖中可以看出，隨著波長的增加，Ttm和Ex都有增大的趨勢，但中間起伏也很明顯，其中740nm是有最高的消光比(約為150)和較大的TM分量透過率(約為 90%) ο如圖2所示可調諧高消光比金屬光柵偏振器結構示意圖，上下兩塊基底1，基底I 上有金屬光柵2,上下金屬光柵正對，中間為伸縮材料3如壓電陶瓷。上金屬光柵層即在玻璃或石英基底上制作金屬光柵；表征它的參數有周期、占空比、槽深和槽形。另外，不同金屬材料也有著不同的偏振效果。通常可見波段金屬鋁具有較好的偏振性能，因此本專利技術中以金屬鋁為例來表述雙層金屬光柵偏振器的偏振特性。下金屬光柵層與上光柵層一樣，是一個獨立的金屬光柵偏振器，其槽形參數、光柵槽形方向與上光柵層一致。可伸縮機制一壓電陶瓷壓電陶瓷在不同的驅動電壓下對應不同的長度。 將三片壓電陶瓷固定在上下兩層金屬光柵之間，并確保上下兩光柵面保持平行。因此兩光柵層之間的距離就是壓電陶瓷的長度。用同一個驅動電壓來驅動三片同樣規格的壓電陶瓷，確保不同的驅動電壓下兩光柵層任然平行。因此不同的驅動電壓將對應不同兩個金屬光柵層的間距，一般壓電陶瓷的分辨率可以達到納米，伸縮范圍在幾十微米。假設其上下兩層的光柵結構參數與圖I中的光柵參數相同，并且兩層的間距為 5mm，壓電陶瓷長度調諧范圍為15ΜΠ1。若固定間距為5mm，此時可調諧高消光比金屬光柵偏振器的透過率Ttm和Tte特性曲線如圖5所示。較單層線柵偏振器結構，雙層結構的TM偏振透過率沒有明顯改善，且抖動隨波長變化更為明顯，但TE偏振透過率大幅下降，使得消光比大為提高。缺點是雙層結構構成了類似的F-P腔，因此對波長具有很大的選擇性，如圖 6所示可調諧高消光比金屬光柵偏振器消光比Ex特性曲線圖，微弱的波長差距會導致消光比的極大差距。為此，需要使用壓電陶瓷來調諧兩層金屬光柵之間的距離以滿足特定的波長。假設壓電陶瓷的伸縮范圍為500nm，分辨率為5nm，入射光中心波長550nm，則該可調諧高消光比金屬光柵偏振器的透過率Ttm、Tte和消光比Ex特性曲線圖如圖7 9所示。隨著距離的增大，500nm運動范圍內出現了 3個TM透射峰值，TE透射也出現了 3個峰值，但位置正好錯開，同時消光比Ex也出現3個峰值，峰值消光比可達到16000。由此可見，對于550 的入射波長，壓電陶瓷伸縮長度為50nm，240nm和430nm時，雙層結構具有最佳的Ttm和Ex。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種可調諧高消光比金屬光柵偏振器，其特征在于，包括具有相同結構參數的上下兩層獨立正對的金屬光柵偏振器，可伸縮材料固定在上下兩層金屬光柵偏振器之間，并上下兩金屬光柵面保持平行，不同驅動電壓驅動可伸縮材料，對應不同可伸縮材料長度，兩金屬光柵偏振器之間的距離為中間可伸縮材料的長度。
【技術特征摘要】
1.一種可調諧高消光比金屬光柵偏振器，其特征在于，包括具有相同結構參數的上下兩層獨立正對的金屬光柵偏振器，可伸縮材料固定在上下兩層金屬光柵偏振器之間，并上下兩金屬光柵面保持平行，不同驅動電壓驅動可伸縮材料，對應不同可伸縮材料長度，兩金屬光柵偏振器之間的距離為中間可伸縮材料的長度。2.根據權利要求I所述可調諧高消光...
【專利技術屬性】
技術研發人員：凌進中，張磊，裴梓任，錢林勇，王中飛，韓姍，王琦，黃元申，張大偉，莊松林，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：發明
國別省市：
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