[发明专利]含阿基米德螺旋线的亚波长圆偏振光检偏器的制备方法

说明书

本发明提供了一种含阿基米德螺旋线的亚波长圆偏振光检偏器的制备方法，能够实现对左右旋圆偏振光的区分，该结构包括无机基片、设于无机基片上的二维阿基米德螺旋线和覆盖于二氧化硅基片和二维阿基米德螺旋线表面的金属膜层；本发明的检偏器在3.75um‑6.0um波段圆二色性平均在0.1以上，在3.85um处圆二色性最高可达到0.16，并具波段较宽，结构简单，易于制作的特点，在以后的光学传感系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中，具有很大的应用价值。

本申请为申请号为201510620015.2的中国发明专利申请的分案申请，原申请的申请日为：2015年9月25日，申请号为：201510620015.2，发明名称为：含阿基米德螺旋线的亚波长圆偏振光检偏器及其制备方法。

技术领域

本发明涉及光学元件制备技术，具体涉及一种含阿基米德螺旋线的亚波长圆偏振光检偏器及其制备方法。

背景技术

在成像技术中，由于偏振成像技术可以在恶劣的环境下进行远距离的图像获取操作，在抑制背景噪声、提高探测距离、细节特征获取以及目标伪装识别等方面具有绝对优势。因此，其具有非常广泛的应用，例如：可探测隐藏或伪装的目标；可实现海面以及水下目标的探测和识别；可实现烟雾气候环境条件下的导航；有效区分金属和绝缘体或是从引诱物中区分真实目标；可进行癌症、烧伤等医学诊断；可对物体特征（如指纹等）进行识别；可实现星载或机载遥感；还可与其它技术相结合，如多光谱偏振红外成像、超光谱偏振红外成像等。在偏振光成像技术中，圆偏振成像因其在大颗粒散射介质中的独特优势受到广泛重视。如在水底、烟雾、云层以及生物组织中圆偏振光的成像质量要优于线偏振光。

在光学成像技术中区分圆偏振左旋右旋极为重要。传统区分左右旋圆偏振光的方法一般是用四分之一波片把圆偏振转化成不同偏振方向的线偏振光，然后再根据所需要的偏振方向选用检偏器过滤。然而这种方法适用的波段受限于波片的带宽而且不利于元件的小型化与集成化。近年来，含表面等离子波的亚波长结构器件与技术作为一个新兴的学科，在许多领域有着很多潜在的应用，因而越来越受到人们的关注。目前，许多课题组在利用纳米微结构区分左右旋圆偏振光方面做了大量的研究工作。在三维空间结构方面，2009年，Justyna K. Gansel 等人提出并制作了一种宽带的圆偏振光检偏器，即在介质基底上周期性的放置螺旋上升金属金线，通过控制螺旋线的旋转方向，可实现对左旋和右旋圆偏振光的选择性透过。他们先在玻璃基底上沉积一层极薄（25nm）的铟锡氧化物（ITO）作为电化学沉积的阴极，然后涂上正性光刻胶，通过3D激光直写系统将螺旋空气线刻出，再放入含金的电解液中使用电化学沉积的方法将金填充到空隙中，最后除去光刻胶，得到在4um-8um圆二色性平均为0.7的宽带圆偏振片。这种结构工艺复杂，难于制作。2014年，Wenshan Cai等人设计并制作了双层弧形金属(Ag)结构，并实验上在1.4um处得到最大圆二色性为0.35。2014年，E.-B. Kley等人，制作了2-D和3-D海星形金属（Au）结构，其中三维结构在660nm处得到0.4的圆二色性。然而由于三维空间结构工艺复杂制作难度较大，不能与传统光刻技术兼容等缺点，有很多课题组开始寻求二维平面结构来实现对左右旋圆偏振光的区分。2006年，V.A. Fedotov等人发现二维手型结构能够引起圆二色性和旋光特性，且机理不同于三维手型结构和法拉第慈光效应。2009年，Qiwen Zhan 等人提出了一种检测左旋和右旋圆偏振光的设计方法，即利用带有亚波长线宽的螺旋金属狭缝，对左右旋圆偏振光在结构的出射面外，形成不同的聚焦光斑（亮斑，暗斑）来进行区分左右旋圆偏振光。然而这种结构只能在模式上进行区分左右旋圆偏振光，在透过率能量上区分度极小。2012年，F. Eftekhari等人，给出了2D平面手性结能够产生圆二色性的机理和实验验证。2014年J. J. Cadusch课题组含远场干涉应，利用手性纳米缝阵列制作了2-D圆偏振滤波片，在650nm波段左右，在透过率上实现对左右旋圆偏振光10%的区分度。综上所述，现有二维平面结构存在区分度低，作用波段窄等缺点，而无法工业化应用。

发明内容