[发明专利]多层线栅偏振器

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于可见和近可见光谱的线栅偏振器。

背景技术

线栅偏振器(WGP)为设置在基底例如玻璃的表面上的平行线的阵列。通常，线栅偏振器是在基底上的线的单个、周期性的阵列。当线的周期大于光波长的约一半时，栅充当衍射光栅。当线的周期小于光波长的约一半时，栅充当偏振器。

虽然希望WGP透射一种偏振的所有光而反射所有其它偏振，但没有偏振器是完美的。实际的WGP将透射两种偏振的一些光，并将反射两种偏振的一些光。当光在透明材料例如玻璃薄片的表面上入射时，少量的光被反射。例如，在法向入射时，从玻璃的每个表面反射入射光的约4％。

已提出了在WGP之下或在线与基底之间设置膜，以使第一衍射级向较短波长移动，以便改善在部分可见光谱例如蓝光中的性能。参见美国专利No.6,122,103。该膜的折射率小于基底的折射率。还提出了蚀刻到基底或下面的层中以进一步减小线栅之下的有效折射率。参见美国专利No.6,122,103。还提出了将每条线形成为具有交替的金属与介电层的复合材料。参见美国专利No.US6,532,111。

发明内容

已经公认，开发具有改善的性能的线栅偏振器或者具有希望的偏振态例如p的增加的透射和另一偏振态例如s的减少的透射(或增加的反射)的线栅偏振器是有利的。另外，已经公认，线栅偏振器可以充当用于反射一种偏振态的金属和充当用于另一偏振态的有损耗的电介质的薄膜。因此，已经公认，可以将形状双折射(form birefringence)和有效折射率应用于线栅偏振器。另外，已经公认，可以将线栅偏振器视为薄膜层，并引入到光学叠层中。

简明并概括而言，本发明旨在用于偏振光的多层线栅偏振器。根据本发明的一个方面，所述偏振器包括设置在基底上并具有比所述基底的折射率大的折射率的至少一个薄膜层。线栅层设置在所述至少一个薄膜层之上。所述线栅层包括细长金属基元(element)的阵列，所述阵列具有比光的波长大的长度和比所述光的半波长小的周期。

根据本发明的另一方面，所述偏振器包括设置在基底之上的线栅层。所述线栅层包括细长金属基元的阵列，所述阵列具有比光的波长大的长度和比光的半波长小的周期。介电层设置在所述线栅层之上。所述介电层包括非金属基元的阵列。至少一个薄膜层设置在所述线栅层与所述介电层之间。

根据本发明的另一方面，所述偏振器包括设置在基底之上并跨过所述基底连续地延伸的薄膜层的叠层。所述薄膜层中的至少一个在结构和材料上是均匀的。所述薄膜层中的至少一个包括细长金属基元的线栅阵列，所述线栅阵列具有比光的波长大的长度并且比光的半波长小的周期。所述薄膜层中的至少一个包括非金属基元的介电阵列。

附图说明

通过结合附图进行的下列详细说明，本发明的附加的特征和优点将显而易见，这些附图通过实例共同示例了本发明的特征；其中：

图1和2为根据本发明的实施例的多层线栅偏振器的截面示意图(附图没有按比例绘制并且为清楚起见非常夸大地示出了特征)；

图3为根据本发明的示例性实施例的多层线栅偏振器的截面示意图(附图没有按比例绘制并且为清楚起见非常夸大地示出了特征)；

图4a为与其它偏振器相比图3的多层线栅偏振器的p偏振反射率与波长的关系的曲线图；

图4b为与其它偏振器相比图3的多层线栅偏振器的s偏振透射率与波长的关系的曲线图；

图4c为与其它偏振器相比图3的多层线栅偏振器的p偏振透射率与波长的关系的曲线图；

图5为根据本发明的示例性实施例的多层线栅偏振器的截面示意图(附图没有按比例绘制并且为清楚起见非常夸大地示出了特征)；

图6a为与另一偏振器相比图5的多层线栅偏振器的s偏振反射率与波长的关系的曲线图；

图6b为与另一偏振器相比图5的多层线栅偏振器的p偏振透射率与波长的关系的曲线图；

图7为根据本发明的示例性实施例的多层线栅偏振器的截面示意图(附图没有按比例绘制并且为清楚起见非常夸大地示出了特征)；

图8为根据本发明的示例性实施例的多层线栅偏振器的截面示意图(附图没有按比例绘制并且为清楚起见非常夸大地示出了特征)；

图9为与另一偏振器相比图7和8的多层线栅偏振器的p偏振反射率与波长的关系的曲线图；

图10a和b为根据本发明的示例性实施例的多层线栅偏振器的截面示意图(附图没有按比例绘制并且为清楚起见非常夸大地示出了特征)；