[发明专利]一种可见光波段的渐变相位金属光栅

说明书

本发明涉及一种可见光波段的渐变相位金属光栅，包括金属光栅层，金属光栅层的上表面设有周期性排布的多组凹槽，每组凹槽包括N个不同的凹槽，N为大于等于3的自然数，每组凹槽中各凹槽的相位逐渐增大，后一组凹槽中的第一个凹槽与前一组凹槽中的第一个凹槽的相位差是2π。本发明的金属光栅层的厚度在波长级别，采用贵金属如银作为材料，结构简单，易于加工；在可见光波段实现了异常反射，对于p偏振的入射波，可以实现负反射且具有极高的反射效率，达到80%以上，同时，该光栅对于‑70°到70°的宽范围入射角都有较好的效果；对于s偏振的入射波，则发生正常的镜面反射，因而可以把p偏振和s偏振的反射波区分开来，可以作为高性能的偏振分光器。

技术领域

本发明涉及一种金属光栅，尤其涉及一种可见光波段的渐变相位金属光栅。

背景技术

在光学或信息处理系统中，光学光栅是一个非常重要的光学元件。传统偏振光栅通过在传播方向上积累连续的相位来对光的振幅和相位进行周期性调制。它可以把入射的非偏振光分成两束正交的偏振光，通常用自然双折射晶体或多层介质膜来制作，然而前者尺寸较大，光在器件中的传播距离较长，后者制造成本较高，都难以达到理想光子调制器件的要求。

在过去的几年，超表面凭借其独特的特性引起了广泛的关注。一般超表面的结构是在基底材料表面上排列周期性的微小散射体或腔体阵列，从而在表面上引入突变相位，并且在一个空间结构周期内相位变化必须覆盖0到2π。因而此类超表面实际上是一种特殊的亚波长光栅结构，可以用来实现很多光学现象或者新的效应，例如它可以激发和调制多种电磁模式，实现超常的反射、折射和吸收现象，可用于全息成像，光学聚焦，光偏振态的调制等，在亚波长光学元件领域中具有重要地位。但是现有基于超表面的金属光栅器件，无法同时实现p偏振的负反射、s偏振的镜面反射以及宽角度和高反射率这两个特性，无法满足高性能偏振分光器的要求。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种可见光波段的渐变相位金属光栅，可以实现反射光波在0级次的遏制，从而使得光波在高级次具有极高的反射效率，同时，该光栅对于-70°到70°的宽范围入射角都有较好的效果，可以作为高性能的偏振分光器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种可见光波段的渐变相位金属光栅，包括金属光栅层，所述金属光栅层的上表面设有周期性排布的多组凹槽，每组凹槽包括N个不同的凹槽，每组凹槽中各凹槽的相位逐渐增大，后一组凹槽中的第一个凹槽与前一组凹槽中的第一个凹槽的相位差是2π，其中N 为大于等于3的自然数。

本发明一个较佳实施例中，一种可见光波段的渐变相位金属光栅进一步包括每组凹槽包括N个宽度各不相同、深度均相同的凹槽。

本发明一个较佳实施例中，一种可见光波段的渐变相位金属光栅进一步包括每组凹槽中各凹槽的宽度逐渐减小。

本发明一个较佳实施例中，一种可见光波段的渐变相位金属光栅进一步包括每组凹槽包括N个宽度均相同、深度各不相同的凹槽。

本发明一个较佳实施例中，一种可见光波段的渐变相位金属光栅进一步包括每组凹槽中各凹槽的深度逐渐增大。

本发明一个较佳实施例中，一种可见光波段的渐变相位金属光栅进一步包括相邻所述凹槽的中心距离均相等，每组凹槽中相邻两个所述凹槽之间的相位差均相等，该相位差为2π/N。

本发明一个较佳实施例中，一种可见光波段的渐变相位金属光栅进一步包括所述凹槽采用蚀刻工艺形成。

本发明一个较佳实施例中，一种可见光波段的渐变相位金属光栅进一步包括所述凹槽中的介质为空气、二氧化硅、环氧树脂中的任意一种。

本发明一个较佳实施例中，一种可见光波段的渐变相位金属光栅进一步包括所述金属光栅层的材料为银、铝、铜、镍中的任意一种。

本发明一个较佳实施例中，一种可见光波段的渐变相位金属光栅进一步包括N＝5。