[发明专利]一种反射不对称的金属光栅偏振分束器

说明书

本发明公开了一种反射不对称的金属光栅偏振分束器，包括衬底、第一介质和第一金属构成第一光栅，在第一金属的上表面或者侧面设置有第一吸光材料；在纵向沿着第一金属的上表面还等间隔地设置多个第二材料构成第二光栅，第一吸光材料紧贴地设置在相邻的两个第二材料中间间隔处的第一金属的上表面；第二吸光材料紧贴地设置在第二材料的上表面和/或侧面；第二材料的厚度大于第一吸光材料的厚度；在相邻的第二材料高出第一吸光材料的空间填充第二介质。本分束器具有偏振对比度高、透射效率高、一面低反射/一面高反射的特性，其低反射面可以克服传统纳米光栅偏振片对环境光的反射而导致的眩光缺陷，而其高反射面可以提高显示器的光学效率。

技术领域

本发明涉及偏振光分束器件技术领域，尤其涉及一种反射不对称的金属光栅偏振分束器。

背景技术

偏振光被广泛的应用于现代光学技术和应用中，比如光通讯、光存储、光传感和显示等。偏振光分束器可以将入射的非偏振光分成偏振方向相互垂直的两束光。

随着当前人们对光学器件高效化、小型化、集成化的要求，以及微纳加工技术的发展，具有优良偏振特性的亚波长光栅受到人们广泛关注和研究，它具有体积小、易集成、和设计灵活的特点。

从材料上看，亚波长光栅包括介质光栅和金属光栅。由于介质折射率的限制，介质光栅通常工作在红外和中红外光波领域。它的偏振效应是由光栅对TM(横磁场，磁场平行于第一金属光栅线条方向)和TE(横电场，电场平行于第一金属光栅线条方向)偏振光的等效折射率不同而引起的。在干涉效应的作用下，TM和TE光被反向衍射或前向衍射到和光波长有关的特定的方向上。所以，介质光栅只能做成窄带和特定入射角度的偏振分束器件，同时消光比很难提高。比如中国专利CN1804667“1550纳米波长的石英透射偏振分束光栅”给出了一个用于1550纳米波长和特定入射角度下的石英透射偏振分束光栅的具体结构参数，TM和TE光被透射衍射到不同的方向，消光比大约几百～几千，很难达到万级。

要得到宽带和高消光比的偏振分束器，需要利用金属光栅。金属光栅支持表面等离子体波，任意波长的TM偏振光都可以激发表面等离子体导波模式，从而在金属光栅中的介质狭缝里传播；小于某个截止波长的TE偏振光则可以通过正常导波模式进入金属光栅的介质狭缝，而大于截止波长的TE光不能够进入光栅。所以设计金属光栅周期，可以产生宽波段的TM偏振光透射和TE偏振光反射的分束效果。它从物理机制上根本区别于传统的晶体、多层膜、或介质光栅。以此为基础，制作成的表面等离子体偏振分束器，不仅在性能上有宽谱的特点，而且制备工艺简单，适于大规模生产，易于集成化。Y.Ekinci等人(“Bilayer Alwire-grids as broadband and high-performance polarizers双层铝线栅实现宽谱高性能偏振器”,Y.Ekinci,H.Solak,C.David,and H.Sigg,Optics Express 14,2323(2006))增研究过100纳米周期的双层金属线栅对可见光的透射性质，TM光的透射率约50％，消光比大约1万～10万，同时TE光的反射效率高达90％。目前研究的绝大多数金属光栅都有TE的高反射特性，这会导致使用此类偏振片的器件发生对环境光的高反射。

如何利用金属光栅的偏振特性，产生高TM光透射的同时，可控的产生高TE光反射或者低TE光反射，关系到金属偏振片是否可以应用在某些领域。比如显示器件中希望偏振分束器具有高透射偏振抑制比的同时，还要求低的反射效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种反射不对称的金属光栅偏振分束器，其能解决上述问题。

技术原理：一种反射不对称的金属光栅，其包括第一金属和第一介质构成的第一光栅以及位于第一金属之上的吸光材料和第二光栅。