CN103048723B - 一种l形波片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种L形波片，其由L形和旋转180度的L形金属膜构成正方形包络的结构周期排列形成，每个L形金属膜边长900±40nm，线宽140±20nm，厚度150±20nm，正方形包络长度1200±40nm，重复周期1350±40nm。L形和旋转180度的L形金属膜最小处的间隙在10nm-100nm。本发明提出一种结构厚度极薄的波片，可以将线偏振光变化为两分量强度相等而相位差从-π到π可调的特定偏振态。而传统的波片，比如半波片或四分之一波片只能在特定的频率产生特定的相位差。
Description
技术领域
本发明属于光电信息功能器件与材料制备技术领域，具体地说是一种利用L形金属微结构阵列制备的波片。
背景技术
CN200810109577.0涉及偏振片,该偏振片是将至少2片透明基板隔离对置,位于一方最外侧的第1透明基板与位于另一方最外侧的第2透明基板之间至少设置2片起偏镜,其中,起偏镜均被密封,不与外界大气接触。
CN201010622764.6一种偏振片，包括一高分子基材以及多条纳米金属线。高分子基材的分子具有一主排列方向。
CN201210029841.6涉及光栅偏振片，其包括基底以及多个光栅结构；多个光栅结构周期性地设置在基底上，其中每个光栅结构分别包括介质层、第一金属层以及第二金属层；介质层设置在基底上，且介质层包括靠近基底的底面、远离基底。
201110046869.6涉及一种微波波片。超薄微波波片,工作频率为5GHz。即对于正入射的5GHz平面电磁波,在达到100%透射的前提下,透射波的两个分量的透射相位改变量相差90度,因此可以任意调控透射波的偏振模式(如线偏振至圆偏振,至椭圆偏振,或者旋转线偏振的方向),而整个波片的厚度只有3mm,仅为波长的二十分之一。
波片能使互相垂直的两光振动间产生附加光程差（或相位差）的光学器件。通常由具有精确厚度的石英、方解石或云母等双折射晶片或液晶做成，其光轴与晶片表面平行。以线偏振光垂直入射到晶片，其振动方向与晶片光轴夹θ角，入射的光振动分解成垂直于光轴（o振动）和平行于光轴（e振动）两个分量，它们对应晶片中的o光和e光（见双折射）。
传统的波片，比如半波片或四分之一波片只能在特定的频率产生特定的相位差。
发明内容
本发明目的是，一种L形波片及其制备方法，尤其是提出一种结构厚度极薄的波片。尤其是提供一种波片，可以将线偏振光变化为两分量强度相等而相位差从-π到π可调的特定偏振态。
本发明的技术方案是，一种L形波片，该波片由L形和旋转180度的L形金属膜构成正方形包络的结构周期排列形成，每个L形金属膜边长900±40nm，线宽140±20nm，厚度150±20nm，正方形包络长度1200±40nm，重复周期1350±40nm。
L形和旋转180度的L形金属膜不搭接。故构成正方形包络；最小处的间隙在10nm以上。一般也不大于100nm。
进一步的，L形金属膜结构是利用电子束曝光技术在石英玻璃表面制作的金属膜结构。尤其是金膜结构。
本发明典型的参数为：每个L形边长900nm，线宽140nm，厚度150nm，正方形包络长度1200nm，重复周期1350nm。L形金属膜结构是利用电子束曝光技术在石英玻璃表面制作的金结构。
本发明的制备方法：首先在石英玻璃表面利用磁控溅射的方法制备氧化铟锡（ITO）；然后利用自旋甩胶在玻璃表面形成电子束胶膜；利用电子束曝光技术在电子束胶上制备L形结构的反结构；再利用电子束蒸发技术在电子束胶表面蒸镀150nm金属膜；最后利用除胶剂除去未曝光部分的电子束胶，就形成了L形波片。
本发明的有益效果是：尤其是提出一种结构厚度极薄的波片，图2中能够看出，可以将线偏振光变化为两分量强度相等而相位差从-π到π可调的特定偏振态。而传统的波片，比如半波片或四分之一波片只能在特定的频率产生特定的相位差。而且本发明结构的厚度极薄，可以制备成130nm左右，远小于响应频率的波长（>2300nm）,而传统的半波片或四分之一波片通常远大于波长。
附图说明
图1是本发明L形波片结构示意图；
图2是本发明结构透射谱图，其中图2a为透射强度谱；图2b为为透射波x和y两个分量振幅的比值；图2c为透射波两个分量的相位差。
具体实施方式
如图所示，典型的结构是，每个L形边长900nm，线宽140nm，厚度150nm，正方形包络长度1200nm，重复周期1350nm（相当于正方形包络之间的间隔为150nm）。L形结构是利用电子束曝光技术在石英玻璃表面制作的金属镀膜的结构。
图中为3×3,其实可以是n×n，n一般取10-200。
制备过程如下。首先在石英玻璃表面利用磁控溅射的方法制备15nm氧化铟锡（ITO）作为粘附层。然后利用自旋甩胶的方法在玻璃表面形成300nm厚的电子束胶（PMMA 950K A4）薄膜。利用电子束曝光技术在电子束胶上制备L形结构的反结构。再利用电子束蒸发技术在电子束胶表面蒸镀150nm金。最后利用除胶剂（Remover PG）除去未曝光部分的电子束胶，就形成了如图所示的金的结构。实际上也可以采用银膜或合金膜。
本发明结构的响应区域位于中红外波段，波数为2850cm-1到4300cm-1，图2a为透射强度谱。在响应区域内，该结构透率大于40%。图2b为为透射波x和y两个分量振幅的比值，在响应区域内，振幅的比值接近1。图2c为透射波两个分量的相位差。对于x方向入射波，两个分量相位差从0变化到-π，对于y方向入射波，两个分量相位差从0变化到+π。这样，我们设计的波片可以将线偏振光变化为两分量强度相等而相位差从-π到π可调的特定偏振态。
本发明的实施例并没有限定本发明，任何基于本发明的简单改进并没有超出本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1. 一种L形波片，其特征是由L形和旋转180度的L形金属膜构成正方形包络的结构周期排列形成，每个L形金属膜边长900±40nm，线宽140±20nm，厚度150±20nm，正方形包络长度1200±40nm，重复周期1350±40nm。
2.根据权利要求1所述的L形波片，其特征是L形和旋转180度的L形金属膜最小处的间隙在10nm-100nm。
3.根据权利要求1所述的L形波片，其特征是L形金属膜结构是利用电子束曝光技术在石英玻璃表面制作的金属膜结构。
4.根据权利要求2所述的L形波片，其特征是金属膜是金膜。
5.根据权利要求1-4之一所述的L形波片，其特征是每个L形边长900nm，线宽140nm，厚度150nm，正方形包络长度1200nm，重复周期1350nm。
6.L形波片制备方法，其特征是首先在石英玻璃表面利用磁控溅射的方法制备氧化铟锡（ITO）；然后利用自旋甩胶在玻璃表面形成电子束胶膜；利用电子束曝光技术在电子束胶上制备L形结构的反结构；再利用电子束蒸发技术在电子束胶表面蒸镀150nm金属膜；最后利用除胶剂除去未曝光部分的电子束胶，就形成了L形波片。
7.根据权利要求6所述的L形波片制备方法，其特征是首先在石英玻璃表面利用磁控溅射的方法制备15nm氧化铟锡（ITO）作为粘附层；然后利用自旋甩胶的方法在玻璃表面形成300nm厚的电子束胶薄膜；利用电子束曝光技术在电子束胶上制备L形结构的反结构；再利用电子束蒸发技术在电子束胶表面蒸镀150nm金膜；最后利用除胶剂除去未曝光部分的电子束胶，就形成金膜L形波片。
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