CN106646715A - 一种对称l形金属超构表面分束器以及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对称L形金属超构表面分束器，包括：金属反射层；镀在金属反射层上的SiO2层；以及在SiO2层上形成的金属膜，所述金属膜由多个周期性分布的分束器结构单元组成，所述分束器结构单元由相同数量n个L形结构和相同数量n个L形结构镜面对称的反L形结构在平面上依次排列构成，每个L形金属结构的边长为工作波长的五分之一，线宽为工作波长的十五分之一，厚度为工作波长的二十分之一。所述L形结构和其镜面对称的反L形结构其金属膜边长250±10nm，线宽80±10nm，厚度60±10nm；本发明的分束器可以在宽频段将任意线偏振光转变为两束强度相位偏振完全相等的两束线偏振光，而且结构的厚度极薄。
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，且特别是有关于一种对称L形金属超构表面分束器以及制备方法。
背景技术
分束器可以将一束光分成两束或更多束，而等能分束器在相干光学以及量子通讯、计算等方面有着重大应用。过去人们应用多层介电膜以及金属膜半透镜等方法可以实现光一部分透射和一部分反射，但是在宽频段保持严格相等的50:50的分束器依旧是很难实现的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种对称L形金属超构表面分束器以及制备方法，可以在宽频段将偏振光转变为两束强度相位偏振相等的偏振光。
为达上述目的，本发明提出一种对称L形金属超构表面分束器，其特征在于，包括：
金属反射层；
镀在金属反射层上的SiO2层；以及
在SiO2层上形成的金属膜，所述金属膜由多个周期性分布的分束器结构单元组成，所述分束器结构单元由相同数量n个L形结构和相同数量n个L形结构镜面对称的反L形结构在平面上依次排列构成，n根据不同工作波段可以取2-10，每个L形金属结构的边长为工作波长的五分之一，线宽为工作波长的十五分之一，厚度为工作波长的二十分之一。
在1000-1400nm的工作波段中，所述L形结构和其镜面对称的反L形结构其金属膜边长250±10nm，线宽80±10nm，厚度60±10nm，每个平行L形结构的间距为500±20nm。
在本例的工作波段中，分别由3个L形结构和3个L形结构镜面对称的反L形结构构成，重复周期为3000±120nm。
其中，在本例的工作波段1000-1400nm中，所述L形结构和其镜面对称的反L形结构其金属膜边长250±10nm，线宽80±10nm，厚度60±10nm，每个平行L形结构的间距为500±20nm。为达上述目的，本发明另提出一种对称L形金属超构表面分束器的制备方法，包括以下步骤：
利用高精度镀膜工艺进行金属反射层的制备，例如电子束蒸发或者磁控溅射的方法制备金属反射层，在本例的工作波段中厚度为120±20nm的；
然后用气相沉积的方法在金属反射层上面蒸镀厚度为140±10nm的SiO2；
利用旋涂法在SiO2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平行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厚度为60±10nm金属膜；
最后利用除胶剂除去未曝光部分的电子束胶，就形成了对称L形金属超构表面等能分束器。
综上所述，本发明的有益效果是：可以在宽频段将任意偏振光转变为两束强度相位偏振完全相等的两束偏振光。而传统的分束器，比如半透半反镜，是很难在宽频段保持严格的50:50的分光比的。而且本发明结构的厚度极薄，可以制备成300nm左右，远小于响应频率的波长(>1000nm)。
附图说明
图1是本发明实施例的对称L形金属超构表面分束器结构示意图。
图2是图1中对称L形金属超构表面分束器的光学原理图。
图3是图1中分束器工作的反射谱图。
图4是图1中分束器分束的强度谱图。
图5是本发明实施例的对称L形金属超构表面分束器的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
如图1所示，对称L形金属超构表面分束器，包括：金属反射层F1、SiO2层F2、金属膜F3。SiO2层F2镀在金属反射层F1上；金属膜F3形成在SiO2层F2上，所述金属膜由多个周期性分布的分束器结构单元组成，所述分束器结构单元由3个L形结构和3个与L形结构镜面对称的反L形结构构成，重复周期为3000nm；
本实施例中，L形结构和反L形结构均由L形金属结构构成，每个L形结构的间距d为500nm。
本实施例中，所述金属膜为银膜，然而在其他实施例中，所述金属膜可以是金膜和合金膜。
本实施例中，矩形金属棒的边长为300nm，线宽为70nm，厚度为50nm。
图1中，所述分束器重复的单位为2*4,其实可以是2n*4n，n一般取10-200。
如图2所示，本发明实施例中的分束器的设计原理是：由于各项异性的结构可以有着偏振转换的性质，我L形结构有很好的偏振转换效率，即可以将正入射的y方向线偏振光转化为x方向的线偏振光出射，通过引入金属反射层-介质-金属结构的三明治结构，可以进一步做到宽频响应。而当将对称的两种L形结构组合在一起时，对于y方向入射的线偏振光，其转为x方向的线偏振光存在有180°的位相差，从而根据光栅衍射定律将偶数级次的衍射光消除。进一步的，由于结构的周期很小，高级次的衍射光(3级以及3级以上)根据光栅公式也都得以消除，从而出射光只有+1级以及-1级，而由于是正入射，根据对称性可得+1级和-1级的强度，偏振完全一样。
本发明结构的响应区域位于近红外波段，波长为1000-1400nm，图3为样品反射谱，Ryy和Rxy分别代表对于正入射的y方向偏振光的情况下反射光的y方向和x方向强度分量。可见在1000-1400nm正常反射光强度小于5％。图4为分束出来的两束+1，-1级衍射光的x，y方向的强度分量，可见分束器可以将79％的入射光强度转化为两束等完全相等的出射光。
图5是本发明实施例的对称L形金属超构表面分束器的制备方法的流程图。如图5所示，对称L形金属超构表面分束器的制备方法，包括以下步骤：
利用电子束蒸发的方法制备厚度为120nm的金属反射层；
然后用气相沉积的方法在金属反射层上面蒸镀厚度为140nm的SiO2；
利用旋涂法在SiO2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厚度为60nm金属膜；
最后利用除胶剂除去未曝光部分的电子束胶，就形成了对称L形金属超构表面等能分束器。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。通过改变结构周期以及结构尺寸，我们可以在不同波段实现一样的分束作用。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (8)
1.一种对称L形金属超构表面分束器，其特征在于，包括：
金属反射层；
镀在金属反射层上的SiO2层；以及
在SiO2层上形成的金属膜，所述金属膜由多个周期性分布的分束器结构单元组成，所述分束器结构单元由相同数量n个L形结构和相同数量n个L形结构镜面对称的反L形结构在平面上依次排列构成，n根据不同工作波段取2-10，每个L形金属结构的边长为工作波长的五分之一，线宽为工作波长的十五分之一，厚度为工作波长的二十分之一。
2.根据权利要求1所述的对称L形金属超构表面分束器，其特征在于，在1000-1400nm的工作波段中，所述L形结构和其镜面对称的反L形结构其金属膜边长250±10nm，线宽80±10nm，厚度60±10nm，每个平行L形结构的间距为500±20nm。
3.根据权利要求1所述的对称L形金属超构表面分束器，其特征在于，分别由3个L形结构和3个L形结构镜面对称的反L形结构构成，重复周期为3000±120nm。
4.根据权利要求1所述的对称L形金属超构表面分束器，其特征在于，金属结构为导电性良好的金属膜,包括银膜、金膜和合金膜。
5.根据权利要求1所述的对称L形金属超构表面分束器，其特征在于，所述分束器结构单元的重复单位是2n*4n。
6.一种权利要求1所述对称L形金属超构表面分束器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用高精度镀膜工艺进行金属反射层的制备，例如电子束蒸发或者磁控溅射的方法制备金属反射层，在本例的工作波段中厚度为120±20nm的；
然后用气相沉积的方法在金属反射层上面蒸镀一定厚度的SiO2，在1000-1400nm的工作波段中厚度为140±10nm的；
利用旋转涂膜仪在SiO2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平行L形结构的反结构；
再利用镀膜工艺例如电子束蒸发技术在电子束胶表面蒸镀一定厚度的金属膜，尤其为60±10nm金属膜；
最后利用除胶剂除去未曝光部分的电子束胶，就形成了对称L形金属超构表面等能分束器。
7.根据权利要求6所述的对称L形金属超构表面分束器的制备方法，其特征在于，所述反射层为导电性良好的金属薄膜，例如银膜、金膜和合金膜。
8.根据权利要求5所述的对称L形金属超构表面分束器的制备方法，其特征在于，所述L形金属结构的边长250±10nm，线宽80±10nm，厚度60±10nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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