[发明专利]亚波长金属光栅偏振器

说明书

技术领域

本发明属于光学偏振器件，具体涉及一种线栅偏振器，可用于光学测量、光通信、激光等领域。

背景技术

偏振器件一般可分为反射及折射偏振器、二向色性偏振器、双折射晶体偏振器等传统器件和线栅偏振器。传统的偏振器件体积过大，不能利用MEMS工艺制作及集成，例如，使用双折射晶体偏振器件时光线必须斜入射，因此要求光学系统结构是三维的，同时也提高了光学系统集成化的难度。光栅的周期小于入射光的波长称为亚波长光栅，亚波长金属光栅偏振器属线栅偏振器中的一种，器件体积小、结构紧凑、易于集成，且能利用MEMS工艺制作，具有巨大的应用前景。

1998年Ebbesen等人报道：当一束光垂直通过有着周期性排列小孔的金属膜时，在某些特定波长上有非常大的透过率增强，而根据经典的孔径理论，一束波长为λ的光通过直径为d(d<λ)的小孔时，透过率应该在(d/λ)⁴左右，亦即对于波长为900nm左右的光通过直径为150nm小孔的透过率应约为0.001，但实验结果约为4％(远场探测值)；见EbbesenT W，Lezec HJ，Ghaeml H F，Thio T and WolffP A 1998，Nature 391 667。紧接着，等人用散射矩阵法给出了光透过一维金属光栅数值解，从理论上证明了一维金属光栅同样具有这种增强效应，尽管一维金属光栅与Ebbesen等人的二维小孔列阵结构不同，光在光栅狭缝与小孔中存在的模式也不完全相同，但由于一维光栅表现出与Ebbesen等人的实验结果相同的透射光学特性；见 U and He itmann D 1998 Phys.Rev.58 15419。由于这种增强效应在光场局域、微腔量子电动力学、高密度数据存储、近场光学等领域具有巨大的应用潜力。很多研究者制作了各种各样的亚波长金属光栅偏振器。我国张娜等人设计的亚波长金属光栅偏振器比较有代表性，见张娜、褚金奎、赵开春等，“基于严格耦合波理论的亚波长金属光栅偏振器设计”[J].传感技术学报，2006，19(5)：1739～1743。

但是，现有这些亚波长金属光栅偏振器的透过率和消光比不够高，原因是没有考虑光的入射界面和出射界面的反射损耗。

与他们相比，本发明基于光的干涉原理，根据不同用途，在两个界面专门设计了相应的光学薄膜，使得透过率和消光比得到较大提高。

发明内容

本发明提出一种亚波长金属光栅偏振器，在入射光和出射光两个界面增加了相应的光学薄膜，使透过率和偏振消光比得到较大提高，克服现有同类器件透过率和消光比不高的问题。

本发明的一种亚波长金属光栅偏振器，在基底上具有金属条纹光栅，金属条纹光栅表面具有保护层，其特征在于：

所述基底与金属条纹光栅连接的界面具有多层介质膜层，基底另一界面具有多层介质减反膜层，所述多层介质膜层为减反膜层、增反膜层、带通滤光膜层中的一种。

所述的一种亚波长金属光栅偏振器，其特征在于：

所述基底为各自波段对应的光学材料；

所述金属条纹光栅的参数：光栅周期p<λ/n，λ是入射光波长，n是基底折射率；光栅占空比为0.4～0.6，光栅沟槽深度与宽度比为5∶1～1∶3；

所述金属条纹光栅的材料视不同波段需要，为金、银、钼、铝或铜中的一种；

所述保护层的厚度小于40nm，材料种类视具体波段而定。

所述的一种亚波长金属光栅偏振器，其特征在于：

所述多层介质减反膜层为对应于各自波段的减反膜层；

所述多层介质膜层为对应于各自波段的减反膜层、增反膜层、带通滤光膜层中的一种。

本发明在入射光和出射光两个界面增加了相应的光学薄膜，使透过率和偏振消光比得到较大提高，克服现有同类器件透过率和消光比不高的问题；能够单独作为光学起偏器或检偏器使用；也能够作为激光器输出耦合镜，激光器输出为线偏振光，并且波长能够调谐。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明应用于激光谐振腔的示意图；输出耦合镜6实际是一个亚波长金属光栅起偏器，7是激光介质，8是全反射镜。

图3为本发明的制作过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由多层介质减反膜层1、基底2、多层介质膜层3、金属条纹光栅4、保护层5构成。图中，光栅周期p，金属条纹宽度w。

实施例1