[发明专利]多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏振器及其制造方法，特别是一种多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器及其制造方法，属于太赫兹偏振器领域。

背景技术

太赫兹偏振器是用于太赫兹波中对不同偏振特性进行研究的器件，可以将太赫兹源发出的带有各向偏振分量太赫兹波信号转换/过滤为(主要)仅向某一方向偏振的线偏振波。主要的参数有：消光比(希望透过偏振模式和截至偏振模式的分贝比例，越高越好)，(插入)损耗(越小越好)，有效工作频率(决定是否可用于某些应用，有效工作频谱越宽越好)。

现有的太赫兹波用偏振器分两类：

一类是没有衬底支持，只有金属丝或纳米线缠绕中空的托架形成对不同偏振的选择性反射。这类偏振器中对金属丝的绕线最早实现工业化，但是对于金属线的缠绕间隔的均匀性控制不佳和对缠绕线间隔周期的降低(以提升消光比)是有很多的工艺限度(周期大约在250μm，导致消光比在1THz时大约只在30dB)。

另一类是有衬底的支持，但是有些衬底使用硅材料，导致介面间的菲涅耳反射损耗很大(3dB以上)，另一方面，厚的衬底会造成在太赫兹时域频谱仪中引入额外的多反射干扰。因此，之前我们有实现过两种薄膜衬底的偏振器：用二氧化硅/硅复合基底片做衬底，并且将底面衬底的硅部分用干法深刻蚀完全去掉，在正面用微加工方法制作单层和双层的两种金属线栅结构。这样既可以减少多反射干扰信号，同时又使得整体损耗(二氧化硅与空气折射率相对硅接近很多，菲涅耳反射损耗大)降低。最后测量的消光比1THz单层金属线栅薄膜偏振器还在30dB，而双层金属线栅的薄膜偏振器已达到了50-60dB。但是随着太赫兹波在更高频率(2THz以上)的应用逐渐发展，需要开发在高频段仍有较好性能(高的消光比和低的损耗)。目前通过仿真同样结构得到的单层线栅结构薄膜偏振器在4THz时消光比在20dB以下，10THz时则在10dB以下；而双层线栅结构的薄膜偏振器到4THz时的消光比大约在45dB而10THz时则掉到了30dB。这说明目前的的太赫兹偏振器在宽带太赫兹波上的应用还是很有限。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器及其制造方法。本发明在宽带太赫兹波谱上仍有较高的消光比，可以很好地适用于高频太赫兹波的应用。此外，本发明消除了不同光学介质间引起的反射损耗，增强了薄膜器件的整体机械强度和稳定性。

本发明的技术方案：一种多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器，包括薄膜衬底，在薄膜衬底上方设有薄膜覆盖层，在薄膜覆盖层内设有多层由金属线间隔设置组成的金属线栅，且相邻层的金属线栅交叉设置。

上述的多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器中，在薄膜衬底的底部设有铜片托架，铜片托架中部设有通光圆孔，铜片托架的下方设有薄膜基底。

前述的多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器中，所述的金属线选自铝线、金线、银线或铬线。

前述的多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器中，所述的薄膜覆盖层内设有三层平行设置的金属线栅。

前述的多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器中，所述的薄膜衬底、薄膜覆盖层和薄膜基底为薄膜材料，且为Epocore薄膜材料。所述的Epocore薄膜材料是德国micro resist technology GmbH公司一种应用于印刷集成电路PCB板光波导结构的聚合物负光刻胶材料，优选该材料作为薄膜材料的优点是：Epocore的机械性能和热稳定性好，可以在10微米厚度以下形成较为稳定的悬空薄膜(9微米厚、1英寸直径圆面积)而表面不(明显)起皱，抗震特性好。

前述的多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器的制造方法，具体包括以下步骤：

a、取一铜片，在铜片的表面旋涂一层薄膜，再在该薄膜上沉积一层铝线栅；

b、继续旋涂一层薄膜，再在该薄膜上沉积一层与前一层金属线栅相平行的金属线栅，且该层金属线栅和前一层金属线栅呈交叉设置；重复该步骤再沉积多层金属线栅；

c、最后旋涂一层薄膜封装多层金属线栅结构；

d、在纯铜片的底面旋涂一层薄膜，对薄膜进行软烘干，再在该薄膜的中心部分用光刻技术开设一圆孔；

e、置于三氯化铁溶液中，加温至70～80摄氏度，腐蚀掉露出的铜片，即得到成品。

上述的多层金属线栅结构薄膜宽带太赫兹偏振器的制造方法中，步骤a中，在薄膜上用微光刻技术和湿法腐蚀技术沉积一层铝线栅图案。