[发明专利]一种可调谐高消光比金属光栅偏振器

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属光栅偏振器，特别涉及一种可调谐高消光比金属光栅偏振器。

背景技术

偏振器件是光学器件中使用最早、应用最广的器件之一。通常产生偏振光的器件有偏振棱镜、介质膜层结构、二向色性偏振片等。金属光栅偏振器是一种新兴的基于微纳结构的偏振器件，较传统的偏振器件具有体积小、片子薄、易集成、性能高等优点，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。其通常的制作方法是在基底表面镀金属薄膜，再镀一层光刻胶作为掩膜版，使用电子束直写的方式在光刻胶表面形成光栅结构，然后采用离子束蚀刻工艺，将光刻胶上的槽形转移到金属薄膜上，形成金属光栅，即完成了金属光栅偏振器模板的制作。采用纳米压印技术，可将模版复制出更多的结构相同、参数相同的金属光栅偏振器。

入射光到达金属光栅表面时，电场方向平行于光栅刻槽的TE分量（横电波）能够激发金属光栅的电子而产生电流，使该分量的偏振光发生反射；电场方向垂直于光栅刻槽方向的TM分量（横磁波）无法激发金属中的电子，因此不会被反射，除少量吸收外，大部分能够通过光栅层，形成透射光，因此金属光栅的透射光中，TM分量远多于TE分量，具有很强的偏振分光特性。

衡量偏振分束器的主要指标有消光比Ex和透过率T_TM。其中消光比定义为TM分量透射率与TE分量透过率的比值，因此数值越大越好；T_TM是指TM分量的透过率，反映了偏振器件的能量利用率，越接近1越好；T_TE是指TE分量的透过率。然而就单层金属光栅结构来说，消光比Ex和透过率T_TM是一对矛盾的量，提高占空比、金属光栅深度等方法可以提高偏振器的消光比，却要牺牲TM分量的透过率。因此单层结构很难同时实现高消光比和高透过率。

发明内容

本发明是针对单层金属光栅很难同时实现高消光比和高透过率的问题，提出了一种可调谐高消光比金属光栅偏振器，采用双层金属光栅结构，同时提高消光比Ex和透过率T_TM，再使用长度可调的伸缩机制，有效调谐偏振分束器的中心波长，从而满足不同波段的应用需求。

本发明的技术方案为：一种可调谐高消光比金属光栅偏振器，包括具有相同结构参数的上下两层独立正对的金属光栅偏振器，可伸缩材料固定在上下两层金属光栅偏振器之间，并上下两金属光栅面保持平行，不同驱动电压驱动可伸缩材料，对应不同可伸缩材料长度，两金属光栅偏振器之间的距离为中间可伸缩材料的长度。

所述金属光栅偏振器由基底和金属光栅组成，在玻璃或石英基底上刻蚀制作金属光栅，金属光栅具有槽形、槽宽、槽深、槽间距离，上下两层金属光栅偏振器的槽形参数、光栅槽形方向一致。

所述可伸缩材料为压电陶瓷，分辨率可达到纳米精度。

本发明的有益效果在于：本发明可调谐高消光比金属光栅偏振器，能够同时获得很高的消光比Ex和透过率T_TM，并且偏振器的中心波长可调，能够在整个可见光波段内调谐。本结构只是将参数相同的两块线栅偏振器进行叠加，制作简单，容易实现，有很强的可行性。

附图说明

图1为单层金属光栅偏振器结构示意图；

图2为本发明可调谐高消光比金属光栅偏振器结构示意图；

图3为单层金属光栅结构的透过率T_TM和T_TE特性曲线图；

图4为单层金属光栅结构的消光比Ex特性曲线图；

图5为本发明可调谐高消光比金属光栅偏振器透过率T_TM和T_TE特性曲线图；

图6为本发明可调谐高消光比金属光栅偏振器消光比Ex特性曲线图；

图7为本发明可调谐高消光比金属光栅偏振器压电陶瓷伸缩时透过率T_TM特性曲线图；

图8为本发明可调谐高消光比金属光栅偏振器压电陶瓷伸缩时透过率T_TE特性曲线图；

图9为本发明可调谐高消光比金属光栅偏振器压电陶瓷伸缩时消光比Ex特性曲线图。

具体实施方式