基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光學元件制備技術，具體涉及一種基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器。
【背景技術】
[0002]在成像技術中，由于偏振成像技術可以在惡劣的環(huán)境下進行遠距離的圖像獲取操作，在抑制背景噪聲、提高探測距離、細節(jié)特征獲取以及目標偽裝識別等方面具有絕對優(yōu)勢。因此，其具有非常廣泛的應用，例如:可探測隱藏或偽裝的目標；可實現海面以及水下目標的探測和識別；可實現煙霧氣候環(huán)境條件下的導航；有效區(qū)分金屬和絕緣體或是從引誘物中區(qū)分真實目標；可進行癌癥、燒傷等醫(yī)學診斷；可對物體特征(如指紋等)進行識別；可實現星載或機載遙感；還可與其它技術相結合，如多光譜偏振紅外成像、超光譜偏振紅外成像等。在偏振光成像技術中，圓偏振成像因其在大顆粒散射介質中的獨特優(yōu)勢受到廣泛重視。如在水底、煙霧、云層以及生物組織中圓偏振光的成像質量要優(yōu)于線偏振光。
[0003]在光學成像技術中區(qū)分圓偏振左旋右旋極為重要。傳統(tǒng)區(qū)分左右旋圓偏振光的方法一般是用四分之一波片把圓偏振轉化成不同偏振方向的線偏振光，然后再根據所需要的偏振方向選用檢偏器過濾。然而這種方法適用的波段受限于波片的帶寬而且不利于元件的小型化與集成化。近年來，基于表面等離子波的亞波長結構器件與技術作為一個新興的學科，在許多領域有著很多潛在的應用，因而越來越受到人們的關注。目前，許多課題組在利用納米微結構區(qū)分左右旋圓偏振光方面做了大量的研究工作。在三維空間結構方面，2009年，Justyna K.Gansel等人提出并制作了一種寬帶的圓偏振光檢偏器，即在介質基底上周期性的放置螺旋上升金屬金線，通過控制螺旋線的旋轉方向，可實現對左旋和右旋圓偏振光的選擇性透過。他們先在玻璃基底上沉積一層極薄(25nm)的銦錫氧化物(ΙΤ0)作為電化學沉積的陰極，然后涂上正性光刻膠，通過3D激光直寫系統(tǒng)將螺旋空氣線刻出，再放入基于金的電解液中使用電化學沉積的方法將金填充到空隙中，最后除去光刻膠，得到在4um-8um圓二色性平均為0.7的寬帶圓偏振片。這種結構工藝復雜，難于制作。2014年，ffenshan Cai等人設計并制作了雙層弧形金屬(Ag)結構，并實驗上在1.4um處得到最大圓二色性為0.35。2014年，E.-B.Kley等人，制作了 2-D和3-D海星形金屬(Au)結構，其中三維結構在660nm處得到0.4的圓二色性。然而由于三維空間結構工藝復雜制作難度較大，不能與傳統(tǒng)光刻技術兼容等缺點，有很多課題組開始尋求二維平面結構來實現對左右旋圓偏振光的區(qū)分。2006年，V.A.Fedotov等人發(fā)現二維手型結構能夠引起圓二色性和旋光特性，且機理不同于三維手型結構和法拉第慈光效應。2009年，Qiwen Zhan等人提出了一種檢測左旋和右旋圓偏振光的設計方法，即利用帶有亞波長線寬的螺旋金屬狹縫，對左右旋圓偏振光在結構的出射面外，形成不同的聚焦光斑(亮斑，暗斑)來進行區(qū)分左右旋圓偏振光。然而這種結構只能在模式上進行區(qū)分左右旋圓偏振光，在透過率能量上區(qū)分度極小。2012年，F.Eftekhari等人，給出了 2D平面手性結能夠產生圓二色性的機理和實驗驗證。2014年J.J.Cadusch課題組基于遠場干涉應，利用手性納米縫陣列制作了 2-D圓偏振濾波片，在650nm波段左右，在透過率上實現對左右旋圓偏振光10%的區(qū)分度。綜上所述，現有二維平面結構存在區(qū)分度低，作用波段窄等缺點，而無法工業(yè)化應用。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器，能夠實現對左右旋圓偏振光的區(qū)分，并具波段較寬，結構簡單，易于制作的特點。
[0005]為達到上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術方案是:一種基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器，由結構單元陣列組成；所述結構單元包括基底與覆蓋于基底上表面的金屬層；所述基底由無機基片以及位于所述無機基片上表面的阿基米德螺旋線組成；所述阿基米德螺旋線的圈數為2?4，起始半徑為0.05?0.2um，螺旋線間距為0.25?0.4um，螺旋線寬度為0.1?0.25um，螺旋線高度為0.08?0.14um ;所述金屬層厚度為0.035?0.08um ;所述基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器中，每個結構單元的周期為2.0?3.2um。
[0006]本實用新型中，阿基米德螺旋線為二維結構，并在上面鍍了一層金屬，使得二維阿基米德螺旋線上表面和基底上表面形成雙層的空間金屬層，側壁透光，再利用阿基米德線結構的手性特點和金屬的表面等離子效應，使得該結構具有圓二色性，達到了結構的鏡像不能與自身重合、對左右旋圓偏振光具有不同透射或者反射率的功能；并且適合所用波段。
[0007]優(yōu)選的技術方案中，所述阿基米德螺旋線的圈數為3，起始半徑為0.15um，螺旋線間距為0.3um，螺旋線寬度為0.2um，螺旋線高度為0.lum ;所述金屬層厚度為0.05um ;所述基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器中，每個結構單元的周期為2.6um?？梢允菇Y構達到波段最寬，圓二色性較好的優(yōu)點。
[0008]上述基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器的制備方法，包括以下步驟:首先，在無機基片上涂光刻膠；然后經曝光顯影，再刻蝕光刻膠，接著去除殘余光刻膠得到帶有阿基米德螺旋線的無機基片，為基底；最后，在基底上設置金屬層，即得到基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器?？刹捎脗鹘y(tǒng)的工藝大面積制作，且不需要刻蝕金屬，制作簡單，有較好的應用前景。
[0009]上述技術方案中，采用激光直寫曝光并顯影；用反應離子束刻蝕光刻膠；利用丙酮去除殘余光刻膠；采用電子束蒸發(fā)方式在基底上設置金屬層。
[0010]由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優(yōu)點:
[0011]1.本實用新型首次公開了帶有阿基米德螺旋線的圓偏振光檢偏器，具有很強的圓二色性，從而實現圓偏振態(tài)區(qū)分的功能，其圓二色性在3.75um-6.0um波段平均在0.1以上，在3.85um處圓二色性最高可達到0.16，取得了意想不到的技術效果。
[0012]2.本實用新型所公開的基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器結構合理、易于制作，阿基米德螺旋線結構的尺寸參數可調，制備方法適用不同的金屬層；克服了現有技術需要繁瑣的制備過程才能得到檢偏器的缺陷。
[0013]3.本實用新型公開的基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器原料來源廣、制備簡易，相比現有技術財力、時間成本更低；并且性能優(yōu)異，在光學傳感系統(tǒng)、先進的納米光子器件以及集成光學系統(tǒng)中，具有很大的應用價值。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例一的基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器結構單元示意圖；其中:1、一■氧化娃基片；2、一■維阿基米德螺旋線；3、金屬層；
[0015]圖2為實施例一的基于阿基米德螺旋線的亞波長圓偏振光檢偏器結構單元主視結構示意圖；