[发明专利]基于微纳半波片的振幅型光栅的制作方法

说明书

本发明涉及一种基于微纳半波片的振幅型光栅的制作方法，属于微纳光学及衍射光学领域，该微纳半波片由多个纳米砖结构阵列构成，纳米砖结构阵列包括多个纳米砖结构单元，以偏振方向沿x轴或y轴的线偏振光垂直入射所述纳米砖结构阵列后，其透射光偏振方向会发生改变，透射光再经过一检偏方向与入射线偏振光方向平行的检偏器后，由马吕斯定律可知其振幅会发生变化，振幅变化量与微纳半波片转角相关，通过合理设计多个纳米砖结构阵列中的微纳半波片转角分布，可以得到振幅型光栅。本发明制得的振幅型光栅的振幅可连续调制，且只需一次光刻，加工容易，设计灵活。

技术领域

本发明涉及微纳光学及衍射光学的技术领域，具体涉及一种基于微纳半波片的振幅型光栅的制作方法。

背景技术

能对入射光波振幅进行调制的衍射光栅称为振幅型光栅，又称黑白光栅，常用的振幅型光栅包括矩形光栅及正弦光栅。矩形光栅是在透明基底上刻画大量狭缝构成，对光的振幅调制只有全透和不透两种状态。相应地，透射系数按正弦函数变化的光栅称为正弦光栅，由于双光束干涉图样的强度分布函数具有正弦函数的形式，因此把一张记录了双光束干涉条纹的底片进行线性曝光后，它的透射系数分布就具有正弦形式，这样的一张底片就是一块正弦光栅。若要制造透射系数分布更为复杂的振幅型光栅，需要构造出复杂的干涉光场并进行曝光。一方面，干涉光场分辨率受到衍射极限的限制，且不是所有的透射系数分布都能构造出对应的干涉光场。另一方面，构造出复杂的干涉光场并进行曝光，这一构造振幅型光栅的方法加工难度较高，费用不够低廉，难以批量复制。因此，目前复杂的振幅型光栅的加工及应用受到了很大的限制。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于微纳半波片的振幅型光栅的制作方法，该方法制得的光栅能实现任意透射系数分布，具有广阔的应用前景。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种基于微纳半波片的振幅型光栅的制作方法，包括如下步骤：

构建纳米砖结构单元，优化得到以工作波长入射时其功能等效为半波片的纳米砖结构单元的结构参数，其中，所述纳米砖结构单元包括透明基底以及设置在所述基底工作面上的纳米砖，以平行于所述工作面的两条边的方向分别设为x轴和y轴建立xoy坐标系，所述纳米砖上与所述工作面平行的面上具有长轴L和短轴W，所述纳米砖的转向角为所述纳米砖的长轴L与x轴的夹角θ；

构建纳米砖结构阵列，所述纳米砖结构阵列包括多个纳米砖结构单元，以偏振方向沿x轴或y轴的线偏振光垂直入射所述纳米砖结构阵列后再经过检偏方向与入射线偏振光方向平行的检偏器后，得出入射线偏振光经过所述纳米砖结构单元和所述检偏器后其振幅变化量与两倍的纳米砖转向角θ存在余弦关系，然后根据所要加工的光栅要求的振幅调制分布以及得到的振幅变化量与两倍的纳米砖转向角θ之间的余弦关系确定每个纳米砖结构单元中的纳米砖转向角θ，将所述纳米砖结构阵列中的每个所述纳米砖结构单元上的所述纳米砖按得到的各位置处对应的纳米砖转向角θ进行排布，从而获得振幅型光栅。

进一步地，优化得到所述纳米砖结构单元的结构参数的方法为：以采用偏振方向相互垂直的两束线偏振光同时垂直于所述工作面入射时，两束线偏振光透过率相同且相位差等于π为优化目标，在工作波长下，通过电磁仿真优化得到目标所需的所述纳米砖结构单元的结构参数。

进一步地，所述纳米砖结构单元的结构参数包括所述工作面边长C以及所述纳米砖的长轴L、短轴W和高H的尺寸。

进一步地，所述纳米砖结构阵列中各所述纳米砖的尺寸以及两两相邻的所述纳米砖的中心间隔均相同。

进一步地，所述透明基底由熔融石英玻璃材料制成，所述纳米砖由电介质材料制成。

本发明另一个目的是提供一种根据上述基于微纳半波片的振幅型光栅的制作方法制得的振幅型光栅。