[发明专利]一种多波段的全金属多功能波片

说明书

一种多波段的全金属多功能波片及其使用方法，属于光学技术领域，波片整体结构上以镍为基底，过渡层使用铝材料，光栅层为铟材料制成，利用反射过程中的相位延迟，可以实现在正入射光偏振角度为45°时将入射的405 nm激光波段的偏振角度改变，同时将808 nm激光波段的线偏振光转换成圆偏振光的效果，通过参数调整，可以使振幅比同时达到1.003和1.041，相位差完全符合要求，可以达到一个较好的偏振效果。可以在常见激光波长405 nm处作半波片，同时在808 nm处可以作为四分之一波片使用；通过参数调整，可以使其在0.382um～2.076um处作四分之一波片，在0.40 um～1.206 um处作半波片，且同时工作在多波段。在光束操纵、激光器中的偏振旋转反馈、偏振光的实时检测等方面具有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种波片及其使用方法，具体的说是涉及一种多波段的全金属多功能波片及其使用方法。

背景技术

一直以来，操控与控制光的偏振态在光学研究中占据重要地位，而偏振器件是光学信息处理与测量等系统中重要的光学元件。在过去，人们最早通过双折射晶体本身折射率的不同来控制正交分量的延迟，但这种方式往往只能对短波长部分进行偏振态调控，并且体积庞大，集成困难。

近年来，人们逐步发现亚波长结构的光栅同样具有优良的偏振特性，并进行了大量的相关研究。理论和实验表明，当光栅的周期尺寸接近或者小于入射光波长时，将表现出较强的偏振特性，利用亚波长结构光栅的偏振特性，可以制作各种偏光器件，如偏振光检测器、偏振分束器、相位延迟器、各种波片等。对于亚波长结构光栅入射光的偏振态控制逐渐引起人们研究。对此而言，光的偏振态的改变常常被应用在透射光路中，大部分研究也围绕此展开。但是随着柔性、易弯曲材料的蓬勃发展，反射模式下的偏振转换也开始被人研究。

2014年，Lin等人设计了三种不同参数的纳米光栅结构，作为可分别将激光波段488 nm、532 nm和632.8 nm的线偏振光转换为圆偏振光的四分之一波片。

2015年，Dai等人设计了一种具有高透射率的工作在近红外波段的四分之一波片，这种波片工作的中心波长为1.71 um，工作带宽为0.14 um，可以达到94%～98%的转换效率。这些设计成像效率高，具有较高的偏振效率，但主要工作在不常见的太赫兹和近红外波段，实用性具有一定限制。

2016年，Miho Ishii等人改进设计了一种嵌入二氧化硅中的以金作为材料作为阵列的四分之一波片，工作在600 nm～800 nm的宽带波长范围内，透射率约为60%，相位延迟为165°。

2017年，Zhu等人设计了一种亚波长破碎形状阵列的超薄亚波长四分之一波片。该结构是由两对垂直方向的狭缝嵌入一层银膜而构成，特征为在原结构的基础上添加了矩形环四个角的重叠部分，由此显著减小了金属膜的厚度。主要工作在1.55 um处，在1525 nm到1565 nm的波长范围内，相位差的变化小于2%，振幅比从0.93到1.03不等。这些透射式波片设计都很好实现了波片的功能，但是材料较为昂贵，并且具有整体制造复杂的特点。Ge等人则通过采用一种基于高阻硅的介质材料，最终设计出了一种工作在太赫兹的具有超宽波段的波片，实现了在超宽波段将入射的线偏振光转换成出射的圆偏振光，可以作为工作在1.13～1.41 THz波段的结构简单的四分之一波片。Hu等人提出并演示了一种基于纳米光栅结构的全金属柔性反射多波段波片，该多波段波片在两个波长(λ=465 nm和λ=921 nm)下作为四分之一波片，在另一个波长(λ=656 nm)下作为半波片。这些波片设计以针对多个波段，但是不可避免存在需要多个结构支持、或者存在较大偏振效果误差的特点。

2019年，Wang等人设计了一种在27 nm厚的银膜上构造一个亚波长孔状的周期阵列的四分之一波片，实现了波段宽达到525 nm，同时透射率达到44%的高传输效率的效果，中心波段为1550 nm。