本發(fā)明涉及光學(xué)器件領(lǐng)域，具體為一種高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件。

背景技術(shù)：

1、偏振作為光的基本特性之一，其產(chǎn)生、調(diào)控和探測(cè)被廣泛應(yīng)用于通信、成像、光學(xué)加密等領(lǐng)域。不同于傳統(tǒng)的依賴(lài)光強(qiáng)度信息實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別的光學(xué)成像技術(shù)，偏振探測(cè)技術(shù)更容易抑制背景干擾，凸顯目標(biāo)特征，具有較強(qiáng)的穿透能力，從而顯著提高探測(cè)的準(zhǔn)確性。然而，在近紅外波段，現(xiàn)有的金屬陣列型偏振器件仍然存在消光比較低、制備困難的問(wèn)題。

2、考慮到器件搭載等方面對(duì)器件質(zhì)量、體積的要求，在滿(mǎn)足光場(chǎng)質(zhì)量的前提下，減小偏振器件體積是目前研究的主要方向。超表面材料由于其獨(dú)特的光場(chǎng)調(diào)制機(jī)制，具有輕、薄、簡(jiǎn)、可應(yīng)用波長(zhǎng)范圍廣等優(yōu)勢(shì)，成為偏振器微型化、輕量化的解決方案之一?？s小偏振器件的尺寸，與成像傳感器集成，實(shí)現(xiàn)偏振探測(cè)系統(tǒng)小型化、集成化，提高偏振探測(cè)性能，需要權(quán)衡各類(lèi)光學(xué)性能指標(biāo)參數(shù)以滿(mǎn)足市場(chǎng)應(yīng)用需求。然而，目前所設(shè)計(jì)的光柵偏振器件大多表現(xiàn)在可見(jiàn)光波段區(qū)域，而在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下，為了提高偏振信息探測(cè)的精確度和穩(wěn)定性，需要選擇近紅外波段的偏振信息。因此，在基于超表面的近紅外微納偏振器件發(fā)展道路上依然面臨著諸多挑戰(zhàn)，這已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究者迫切需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件，解決目前所設(shè)計(jì)的光柵偏振器件大多表現(xiàn)在可見(jiàn)光波段區(qū)域，而在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下，需要選擇近紅外波段的偏振信息的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件，包括石英基底、sio2介質(zhì)光柵層和金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)，

3、所述sio2介質(zhì)光柵層設(shè)置于石英基底之上；

4、所述金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)設(shè)置于sio2介質(zhì)光柵層之上，所述金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)與sio2介質(zhì)光柵層共同組成雙層光柵結(jié)構(gòu)；

5、通過(guò)調(diào)節(jié)雙層光柵結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)、厚度及光柵寬度，使得高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件在近紅外波段1～2μm內(nèi)具有75db以上的消光比。

6、優(yōu)選的，所述sio2介質(zhì)光柵層的厚度為200～300nm，所述金屬金光柵層的厚度為150～250nm。

7、優(yōu)選的，所述雙層光柵的單元結(jié)構(gòu)的周期p為150～250nm，金屬金光柵層的寬度w為100～150nm，sio2介質(zhì)光柵層的寬度w為70～90nm，金屬金光柵層寬度與sio2介質(zhì)光柵層的寬度w相同，為70～90nm。底層金屬金寬度w為100～150nm，與sio2介質(zhì)光柵層鋪滿(mǎn)整個(gè)周期，占空比f(wàn)為0.3～0.5。

8、優(yōu)選的，一種高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件的制備方法，包括以下步驟：

9、s1、對(duì)石英基底進(jìn)行清洗；

10、s2、在石英基底上沉積sio2層；

11、s3、在sio2層上旋涂光刻膠，進(jìn)行曝光和刻蝕，并通過(guò)金屬蒸發(fā)技術(shù)形成金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)。

12、優(yōu)選的，所述s1步驟中，石英基底清洗包括使用丙酮、異丙醇及去離子水分別超聲清洗各5～15分鐘。

13、優(yōu)選的，所述s2步驟中，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積在基底上沉積厚度為200～300nm的非摻雜sio2層。

14、優(yōu)選的，所述s3步驟中，所述光刻膠旋涂后的厚度為250～300nm，預(yù)烘溫度為150～200℃，時(shí)間為1～3分鐘。

15、優(yōu)選的，所述s3步驟中，使用電感耦合等離子體反應(yīng)離子刻蝕對(duì)sio2層進(jìn)行刻蝕，刻蝕深度為200～300nm，以形成光柵結(jié)構(gòu)。

16、優(yōu)選的，所述s3步驟中，金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)為金，使用金屬蒸發(fā)技術(shù)沉積厚度為150～250nm的金層。

17、本發(fā)明提供了一種高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件。具備以下有益效果：

18、1、本發(fā)明偏振器件在近紅外波段(1～2μm)內(nèi)具有高達(dá)75db以上的消光比，這顯著高于傳統(tǒng)單層光柵結(jié)構(gòu)的偏振器件，高消光比意味著該偏振器件能夠更有效地阻擋特定方向的偏振光，同時(shí)僅允許另一方向的偏振光透射，極大提高了偏振選擇性和探測(cè)靈敏度。

19、2、本發(fā)明器件在近紅外波段(1～2μm)內(nèi)表現(xiàn)出了穩(wěn)定的偏振特性，這使其能夠適用于多種近紅外應(yīng)用，例如紅外探測(cè)器、偏振光學(xué)傳感器以及成像系統(tǒng)等，在許多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，如生物醫(yī)學(xué)成像、遙感技術(shù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)，近紅外光波段的偏振信息對(duì)于目標(biāo)識(shí)別和背景抑制具有顯著優(yōu)勢(shì)。

20、3、本發(fā)明雙層光柵結(jié)構(gòu)中的sio2介質(zhì)光柵與金屬光柵的結(jié)合使得器件的整體性能顯著提升，同時(shí)制備過(guò)程中避免了單層金屬光柵的刻蝕步驟，簡(jiǎn)化了制造工藝，降低了對(duì)設(shè)備和工藝精度的高要求。尤其是金屬光柵層的沉積直接避免了納米尺度金屬刻蝕的技術(shù)難題，顯著提高了器件的制造可行性和良品率。

技術(shù)特征：

1.一種高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件，包括石英基底、sio2介質(zhì)光柵層和金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件，其特征在于，所述sio2介質(zhì)光柵層的厚度為200～300nm，所述金屬金光柵層的厚度為150～250nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件，其特征在于，所述雙層光柵的單元結(jié)構(gòu)的周期p為150～250nm，金屬金光柵層的寬度w為100～150nm，sio2介質(zhì)光柵層的寬度w為70～90nm，占空比f(wàn)為0.3～0.5。

4.一種高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件的制備方法，其特征在于，用于權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件的制備方法，其特征在于，所述s1步驟中，石英基底清洗包括使用丙酮、異丙醇及去離子水分別超聲清洗各5～15分鐘。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件的制備方法，其特征在于，所述s2步驟中，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積在基底上沉積厚度為200～300nm的非摻雜sio2層。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件的制備方法，其特征在于，所述s3步驟中，所述光刻膠旋涂后的厚度為250～300nm，預(yù)烘溫度為150～200℃，時(shí)間為1～3分鐘。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件的制備方法，其特征在于，所述s3步驟中，使用電感耦合等離子體反應(yīng)離子刻蝕對(duì)sio2層進(jìn)行刻蝕，刻蝕深度為200～300nm，以形成光柵結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件的制備方法，其特征在于，所述s3步驟中，金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)為金，使用金屬蒸發(fā)技術(shù)沉積厚度為150～250nm的金層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光學(xué)器件領(lǐng)域，公開(kāi)了一種高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件，包括石英基底、SiO2介質(zhì)光柵層和金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)，所述SiO2介質(zhì)光柵層設(shè)置于石英基底之上；所述金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)設(shè)置于SiO2介質(zhì)光柵層之上，所述金屬層線(xiàn)柵結(jié)構(gòu)與SiO2介質(zhì)光柵層共同組成雙層光柵結(jié)構(gòu)；通過(guò)調(diào)節(jié)雙層光柵結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)、厚度及光柵寬度，使得高消光比雙層光柵結(jié)構(gòu)偏振器件在近紅外波段1～2μm內(nèi)具有75dB以上的消光比。通過(guò)偏振器件在近紅外波段(1～2μm)內(nèi)具有高達(dá)75dB以上的消光比，這顯著高于傳統(tǒng)單層光柵結(jié)構(gòu)的偏振器件，高消光比意味著該偏振器件能夠更有效地阻擋特定方向的偏振光，同時(shí)僅允許另一方向的偏振光透射，極大提高了偏振選擇性和探測(cè)靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：何彥霖,王皓萱,董杭,祝航威,艾森
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京信息科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9