[发明专利]基于金属纳米光栅的微偏振片阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微偏振片阵列技术领域，具体是一种全新的单层的微偏振片阵列及其制备方法，它的像素尺寸和像素阵列与所用图像传感器CCD相匹配，可在一次曝光成像中，提取和分析具有任意偏振状态的入射光的光强和偏振的图像信息，并可以进行实时相移分析。

背景技术

微偏振片阵列是一种用于测量光线经过不同透过方向的偏振片后各个偏振方向的光强的器件，通常与图像传感器(例如数码相机)搭配使用从而获得包含由该微偏振片阵列测得的各偏振分量的图像，并可以进行实时相移分析。目前微偏振片阵列制备方法主要有基于聚乙烯醇薄膜刻蚀、基于光控取向的液晶材料以及基于金属纳米光栅几种。

在美国专利US5,327,285A1中，S.M.Faris提出了几种制备微线性偏振器的方法，其中包括对被已形成图案的光刻胶覆盖的聚乙烯醇薄膜进行选择性的漂白/处理；对被已形成图案的光刻胶覆盖的聚乙烯醇薄膜进行选择性的刻蚀，包括化学刻蚀、光化学刻蚀、准分子激光刻蚀和反应离子刻蚀；对聚乙烯醇薄膜进行机械切割和碾磨；形成通过带图案的铟锡氧化物电极施加电场控制的液晶单元。

在非专利文献“Liquid-crystal micropolarizer array for polarization-difference imaging”(Applied Optics，vol.41，no.7，pp.1291-1296，2002)中，C.K.Harnett等人提出了一种基于液晶材料的以蒸发形式形成的金薄膜作为液晶取向层的微线性检偏器阵列制备方法。其中金以预先确定的排列方向被蒸发到液晶材料的衬底层上，同时带胶剥离技术被用来对蒸发形成的金膜形成图案。这样每增加一个液晶的微区域，就需要增多一次以预定方向的金薄膜蒸发和一次带胶剥离来形成图案。最终该方法可以形成两个金取向层取向方向互相垂直的液晶区域。

在非专利文献“Fabrication of a dual-layer aluminum nanowirespolarization filter array”(Optics Express，vol.19，no.24，pp.24361-24369，2011)中，Viktor Gruev等人提出了双层铝纳米线光栅偏振片检偏器阵列(如图1所示)，可得到能够同时检测两个偏振方向的微偏振片阵列。这种方法需要在一个面上先后做两层金属纳米线光栅阵列，如图1a所示，若要做到四个不同的偏振方向，则需要制作四层金属纳米线光栅阵列，如图1b所示，该四层金属纳米线光栅阵列的制作工艺为制作多层的微偏振片阵列，每个偏振方向为一层，这就带来两个问题：一，二氧化硅层的反复刻蚀和沉积会降低所需光线的透过率，层数越多则透射率越低；二，不同偏振方向的偏振片处于不同的层上，会降低工艺参数的一致性，导致不同偏振方向的性能分散；三，多次沉积铝层和二氧化硅层会增加工艺流程复杂度，降低成品率，增加制作成本。因此，提出一种能够提高所需光线的透射率并且将不同方向的微偏振片阵列集成到同一层上的制备方法，对于基于金属纳米线光栅结构的微偏振片阵列，具有重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种基于金属光栅的单层微偏振片阵列及其制备方法，该偏振片阵列可以在一次曝光成像中同时提取和分析任意偏振态的入射光的光强和偏振信息，并可以集成到图像传感器上从而实现实时的完备偏振成像，并可以进行实时相移分析。

根据本发明的一方面，提出一种基于金属纳米光栅的单层微偏振片阵列，该单层微偏振片阵列包括：高透光性的基底和基底上沉积的金属膜刻蚀而成的金属纳米光栅，其中：

所述金属纳米光栅在所述基底上排列的方向并不完全相同，具有相同排列方向的相邻金属纳米线构成的光栅为一个微偏振片，每个微偏振片的尺寸与感光元件芯片的像素尺寸相同。

根据本发明的另一方面，提出一种基于金属纳米光栅的单层微偏振片阵列的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，对高透光性的基底进行双面抛光清洁，然后分别采用电子束沉积、化学气相沉积和旋涂的方法在基底材料上依次镀上铝层、二氧化硅层和负光刻胶层；

步骤2，用激光器产生两束光进行干涉，所产生的干涉条纹对光刻胶进行曝光，然后关掉干涉光源，在光刻胶上加掩模板，用传统紫外曝光光源进行紫外过度曝光，曝光之后进行显影定影，此时被掩模板遮挡区域未被干涉条纹曝光的部分被洗掉，被干涉条纹曝光的部分显影后生成条纹结构；未被掩模板遮挡的部分被曝光充分，经显影定影后留了下来；