[实用新型]一种金属线栅宽带偏振器

说明书

技术领域

本实用新型属于光学系统中的光学器件，特别涉及一种金属线栅偏振器。

背景技术

偏振器一般可以被分为：分色偏振器，各向异性晶体偏振器，布氏角偏振器以及线栅偏振器。但是上述每一种偏振器都只能够对应一个较小的和相对固定的工作波长范围。对于很多光学和光电子学应用领域来说，人们都希望得到一种宽带的偏振器，它的工作波长范围能够覆盖整个紫外-可见-红外光波段。

纳米金属线栅偏振器就是这样一种能够达到这一要求的器件。到目前为止，在无线电波、微波和远红外领域亚波长金属线栅偏振器已经得到了广泛的应用。而且随着纳米加工技术的不断发展，制备出线条更小的这种偏振器，并将其应用到近红外、可见、甚至紫外光波段也已经成为可能。2005年，美国普林斯顿一研究所和中国武汉邮电科学研究院分别利用紫外光纳米压印方法和电子束刻蚀方法在玻璃基板上制备成功200纳米线宽的金属线栅偏振器，该偏振器的工作波长在1520-1570纳米的通信波段。2006年，瑞士微纳技术研究所和美国普林斯顿一研究所运用深紫外相干刻蚀技术成功的在玻璃基板上制备出线宽在100纳米的金属线栅偏振器，其工作波段范围达到了300-900纳米。这些最新的研究成果都证明了利用金属线栅偏振器可以实现器件在近红外、可见、及紫外波段工作，但是科研人员始终没有解决用一个偏振器可以同时工作在红外、可见、及紫外波段这一难题。2007年中国武汉华中科技大学一研究小组提出了一种在氟化钙基片上镀金属铝纳米线栅结构的偏振器，其工作波长能够达到300-5000纳米，参见文献Z.Y.Yang and Y.F.Lu，″Broadband nanowire-grid polarizers in ultraviolet-visible-near-infraredregions，″Opt.Express，vol.15，no.15，Jul.2007，pp.9510-9519，但是这一偏振器的结构非常复杂，它需要在基板的上下两个表面都制备出金属纳米线栅，这大大增加了制作的工艺难度。

发明内容

本实用新型提出一种金属线栅宽带偏振器，目的在于使其具有高的偏振光消光比和光通量，同时结构简单，工作波长范围宽。

本实用新型的一种金属线栅宽带偏振器，在基板上沉积出平行条状金属铝纳米线栅，其特征在于：所述基板为在紫外到红外波段均透明的光学材料；所述金属铝纳米线栅的结构参数为：线栅周期长度40-80纳米，线栅占空比60％-40％，线栅厚度40-80纳米，层间距10-20纳米。

所述的金属线栅宽带偏振器，所述基板的光学材料为氟化钙、氟化镁或氧化铝。

本实用新型金属线栅宽带偏振器的制备方法，包括下述步骤：

(1).对基板进行清洗；

(2).用化学气相沉积的方法在基板表面沉积一层保护膜；

(3).在保护膜上旋涂一层光刻胶；

(4).在光刻胶表面形成纳米线栅结构，暴露出相应部分的保护膜；

(5).用反应离子刻蚀设备在保护膜上刻出纳米线栅结构，暴露出相应部分的基板；

(6).用反应离子刻蚀设备在基板上刻出纳米线栅结构，刻蚀深度为50-100纳米；

(7).用反应离子刻蚀设备除去基板上剩余的保护膜；

(8).用磁控溅射设备在基板垂直表面镀上铝金属膜，铝金属膜厚度为40-80纳米，形成平行条状金属铝纳米线栅。

在光刻胶表面形成纳米线栅结构时，采用聚合物薄膜的纳米自成型方法。在本实用新型整个工艺过程中，关键是如何在光刻胶表面得到大面积纳米线栅结构。聚合物薄膜的纳米自成型方法是2007年9月由美国普林斯顿大学一研究小组首先提出的，参见文献Leonard F.Pease III等，“Self-formation of sub-60-nm half-pitch gratings with large areas throughfracturing，”Nature Nanotechnology，Vol.2，Sep.2007，pp-545-548.。采用聚合物薄膜的纳米自成型方法，过程简单，不需要预先制备掩模板，对线宽的控制比较方便，成形面积大，而且成本低。利用这种方法，目前已经制备出了线宽小于60纳米的线栅结构。