CN108469645B - 一种偏振滤光元件及其制备方法 - Google Patents

一种偏振滤光元件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108469645B
CN108469645B CN201810348223.5A CN201810348223A CN108469645B CN 108469645 B CN108469645 B CN 108469645B CN 201810348223 A CN201810348223 A CN 201810348223A CN 108469645 B CN108469645 B CN 108469645B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
refractive
index material
film
wire grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810348223.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108469645A (zh
Inventor
沈伟东
郑晓雯
杨陈楹
沐雯
袁华新
王震
袁文佳
章岳光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai High Energy Yu Plating Technology Co ltd
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201810348223.5A priority Critical patent/CN108469645B/zh
Publication of CN108469645A publication Critical patent/CN108469645A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108469645B publication Critical patent/CN108469645B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3058—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state comprising electrically conductive elements, e.g. wire grids, conductive particles

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种偏振滤光元件，包括基底，所述基底上依次设有介质膜层和金属线栅；所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料选自二氧化钛、二氧化铪、五氧化二钽、氮化硅、硫化锌；所述的低折射率材料层的材料选自二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁或其他氟化物；介质膜层中，各层厚度为10～220nm；所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金。本发明还公开了该偏振滤光元件的制备方法。本发明的偏振滤光元件整体结构紧凑、制备过程简单，成本低，便于大规模、批量化生产。因此该发明的偏振滤光元件有望在显示等领域广泛应用。

Description

一种偏振滤光元件及其制备方法
技术领域
本发明涉及光学元件领域，尤其涉及一种偏振滤光元件及其制备方法。
背景技术
偏振器是一种可以使自然光变成偏振光的光学元件，在光学信息处理、光学测量、光通信等系统中也发挥着十分重要的作用。传统的偏振器主要有：多层薄膜型偏振器、二向色性偏振器和双折射晶体偏振器等。但是传统的偏振器体积较大，难以集成，随着纳米加工技术的发展与完善，基于纳米结构的新型偏振器得到了进一步发展。其中亚波长线栅是一种能通过调节处于纳米尺度的亚波长光栅结构实现对光的反射、透射、光谱、偏振等光场特性调控的新型偏振器，其具有体积小、可集成化、设计灵活、对偏振光敏感等特点，在生产生活中得到了广泛的应用。
颜色滤光片是一种在可见光波段内选择性地反射或者透射特定波长而呈现不同颜色的常用光学元件，其红绿蓝三基色的颜色滤光片在液晶显示、光通讯、传感探测和成像等领域有着广泛应用。传统颜色滤光片按工作方式可以分为吸收型颜色滤光片和干涉型颜色滤光片。吸收型颜色滤光片是利用材料分子对入射光选择性地吸收波长范围从而达到特定的滤光效果，常用的包括有化学染料式颜色滤光片和有色玻璃(通过金属离子吸收)等。虽然吸收型颜色滤光片的制作成本较低，但其通带较宽，滤光效果不及光学滤光片，而且该化学颜色滤光片的制造过程对环境污染严重，不能承受长时间的强光照射，光能损耗较大。因此，作为化学染料滤光片的替代，干涉型颜色滤光片利用多光束干涉效应对入射光谱进行调制从而实现滤光效果，常用的干涉型颜色滤光片是高低折射率介质膜堆构成的全介质滤光片。
显示系统中，一般都包含三原色滤光片和偏振片，滤光片和偏振片两者缺一不可，以实现最终的显示效果。目前，还没有将偏振和滤光合二为一的光学元件。
发明内容
本发明提供了一种偏振滤光元件，该光学元件将偏振、滤光合二为一，结构简单，性能稳定。
本发明提供了如下技术方案：
一种偏振滤光元件，包括基底，所述基底上依次设有介质膜层和金属线栅；
所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料选自二氧化钛、二氧化铪、五氧化二钽、氮化硅、硫化锌；所述的低折射率材料层的材料选自二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁或其他氟化物；介质膜层中，各层厚度为10～220nm；
所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金。
常用的偏振元件将两种不同偏振态的光进行分离，从而实现偏振分束的效果，与颜色滤波特性无关；而滤光元件则能实现特定波段的吸收或反射从而得到特定的颜色，一般用于较小入射角度情况，因而不影响光的偏振特性，而本发明的偏振滤光元件的设计原理完全不同于此。本发明的偏振滤光元件的设计原理是利用金属线栅实现p-偏振光透射，再利用介质膜层和金属线栅的共同滤波作用，选择性地透射红、绿、蓝(或青、品、黄)特定颜色对应的光谱波段，实现颜色滤波，从而将偏振、滤光合二为一。
所述的基底的材料选自ZF6玻璃、K9玻璃、紫外熔融石英、硒化锌和ZF52；进一步优选的，所述的基底的材料为K9玻璃。
金属偏振线栅的偏振选择特性源于线栅结构的几何不对称性。对不同的s-偏振光和p-偏振光，边界条件不同，等效折射率也不同。对于s-偏振的入射光，其电场振动沿线栅条方向。在该方向上，电场驱动导电电子在线栅方向移动，电子与金属晶格中的原子碰撞，减弱了s-偏振信号的强度，移动的电子分别在前方和后方辐射电磁波，前方的辐射减弱了透射的强度，后方辐射以反射的形式辐射；对于p-偏振的入射光，其电场振动垂直于线栅条方向，由于金属线条的宽度是亚波长量级(只有波长的1/3、1/4甚至更小)，该方向电子的定向运动严重受限，降低了辐射和衰减，p-偏振光几乎全部透过。
金属线栅的结构尺寸(如线栅高度、宽度和线栅周期等)会对整个光学元件的滤光波段有一定的影响。对矩形的亚波长金属线栅，根据等效介质理论，p-偏振光和s-偏振光的等效折射率分别为：
Figure BDA0001632487950000031
Figure BDA0001632487950000032
其中，np、ns分别为p-偏振光、s-偏振光入射时金属线栅的等效折射率，ng为空气折射率，nr是金属折射率，f为金属线栅的占空比(金属线栅的宽度与线栅间隔的比值)。
作为优选，所述的金属线栅的结构尺寸为：高度小于或等于200nm，宽度大于或等于30nm，线栅间隔小于或等于100nm。
为了便于加工，进一步优选的，所述的金属线栅的结构尺寸为：高度为80～120nm，宽度为40～60nm，线栅间隔为40～80nm。
对于介质膜层-金属线栅复合结构，利用等效介质理论，可将金属线栅等效成一层薄膜，由于偏振态的不同，其等效折射率不同。
对于选定的透射光谱波段，根据如下公式设计介质膜层中各膜层的厚度：
Figure BDA0001632487950000033
其中，M(z)为介质膜层的薄膜传输矩阵，
Figure BDA0001632487950000034
δj为第j层薄膜的相位厚度，有δj＝2πnjdjcosθj/λ，nj为第j层薄膜材料的折射率，dj为第j层薄膜膜厚，θj为第j层薄膜折射角，λ为入射光真空波长；对p-偏振光，ηj＝nj/coθj，对s-偏振光，ηj＝njcoθj。
根据金属线栅的结构尺寸，针对入射光为p-偏振光，将金属线栅等效成一定膜厚的折射率为np的单层膜；针对入射光为s-偏振光，将金属线栅等效成一定膜厚的折射率为ns的单层膜，通过对介质膜层中各层薄膜膜厚的控制，从而使得p-偏振光实现红、绿、蓝(RGB)光谱或者青、品、黄(CMY)光谱的选择性透射，或者其他特定颜色以及光谱的透射；而s-偏振光经过介质膜层-金属线栅复合结构后基本不透射。
高低折射率材料的折射率差值会影响可见波段截止带宽，折射率差值越大，截止带宽越宽。
作为优选，所述的高折射率材料层的材料为二氧化钛；所述的低折射率材料层的材料为二氧化硅。
作为优选，所述的介质膜层中，高、低折射率材料层的总数为5～50。
介质膜层中，层数越多，元件的滤光效果越好，但是层数过多增加了元件的制备难度和成本，进一步优选的，所述的介质膜层中，高、低折射率材料层的总数为5～15。
本发明还提供了另一种偏振滤光元件，包括基底，所述基底上依次设有金属层、介质膜层和金属线栅；
所述金属层的材料选自金、银、铝、铜或其合金；金属层的厚度为6～40nm；
所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料选自二氧化钛、二氧化铪、五氧化二钽、氮化硅、硫化锌；所述的低折射率材料层的材料选自二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁或其他氟化物；介质膜层中，各层厚度为10～220nm；
所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金。
在基底与介质膜层之间添加金属层的偏振滤光元件只能实现对红、绿、蓝光谱的偏振滤光。
作为优选，所述的金属层的厚度为15～30nm。
作为优选，对于选择性地透射红、绿、蓝光谱的偏振滤光元件，所述的介质膜层中，底层为高折射率材料层；对于选择性地透射青、品、黄光谱的偏振滤光元件，所述的介质膜层中，底层为低折射率材料层。
介质膜层的底层为与基底或金属膜相接触的膜层。
一种优选的技术方案为：
一种偏振滤光元件，包括基底，所述基底上依次设有介质膜层和金属线栅；
所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料为二氧化钛；所述的低折射率材料层的材料为二氧化硅；高、低折射率材料层的总数为9；介质膜层的底层为高折射率材料层；
由基底至金属线栅，介质膜层中各层的厚度依次为46～49nm、82～85nm、46～49nm、82～85nm、46～49nm、82～85nm、46～49nm、82～85nm、96～98nm；
所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金。
该技术方案的偏振滤光元件可实现对红光光谱波段的p-偏振光选择性透射。
另一种优选的技术方案为：
一种偏振滤光元件，包括基底，所述基底上依次设有介质膜层和金属线栅；
所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料为二氧化钛；所述的低折射率材料层的材料为二氧化硅；高、低折射率材料层的总数为9；介质膜层的底层为高折射率材料层；
由基底至金属线栅，介质膜层中各层的厚度依次为45～55nm、88～95nm、45～55nm、16～18nm、45～55nm、88～95nm、45～55nm、88～95nm、75～77nm；
所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金。
该技术方案的偏振滤光元件可实现对绿光光谱波段的p-偏振光选择性透射。
另一种优选的技术方案为：
一种偏振滤光元件，包括基底，所述基底上依次设有介质膜层和金属线栅；
所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料为二氧化钛；所述的低折射率材料层的材料为二氧化硅；高、低折射率材料层的总数为9；介质膜层的底层为高折射率材料层；
由基底至金属线栅，介质膜层中各层的厚度依次为50～60nm、95～105nm、50～60nm、95～105nm、50～60nm、95～105nm、50～60nm、15～16nm、50～60nm；
所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金。
该技术方案的偏振滤光元件可实现对蓝光光谱波段的p-偏振光选择性透射。
另一种优选的技术方案为：
一种偏振滤光元件，包括基底，所述基底上依次设有介质膜层和金属线栅；
所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料为二氧化钛；所述的低折射率材料层的材料为二氧化硅；高、低折射率材料层的总数为9；介质膜层的底层为低折射率材料层；
由基底至金属线栅，介质膜层中各层的厚度依次为75～76nm、118～119nm、214～218nm、134～140nm、214～218nm、134～140nm、214～218nm、134～140nm、214～218nm；
所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金。
该技术方案的偏振滤光元件可实现对黄光光谱波段的p-偏振光选择性透射。
另一种优选的技术方案为：
一种偏振滤光元件，包括基底，所述基底上依次设有金属膜、介质膜层和金属线栅；
所述金属层的材料选自金、银、铝、铜或其合金；金属层的厚度为15～30nm；
所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料为二氧化钛；所述的低折射率材料层的材料为二氧化硅；高、低折射率材料层的总数为5；介质膜层的底层为高折射率材料层；
由基底至金属线栅，介质膜层中各层的厚度依次为47～50nm、47～50nm、47～50nm、83～84nm、47～50nm；
所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金。
该技术方案的偏振滤光元件可实现对绿光光谱波段的p-偏振光选择性透射。
本发明还提供了一种偏振滤光元件的制备方法，包括以下步骤：
(1)对于选定的颜色光谱，确定p-偏振光透射的透射带宽以及中心波长，确定金属线栅的结构尺寸；
(2)选择高、低折射率材料层的材料，根据确定的p-偏振光透射的透射带宽以及中心波长，通过优化各层薄膜的厚度，设计出能选择性透射对应颜色光谱的膜系；该步骤可采用现有的软件实现优化操作；
(3)将基底用分别乙醇、丙酮进行清洗；
(4)采用真空镀膜依次沉积各膜层；
(5)在顶层薄膜上制备金属线栅，得到偏振滤光元件。
作为优选，步骤(5)中，先采用电子束曝光技术、相干光刻技术或纳米压印技术在顶层薄膜上生成光栅图案，再通过Lift-off工艺或刻蚀转移工艺制备金属线栅。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的偏振、滤光二合一的光学元件，与目前现有的偏振片、滤波器不同，它结合了金属线栅偏振器与滤光片，利用合适的金属线栅来实现偏振的效果，同时利用设计的高、低折射率膜系实现带通滤光，从而实现在可见光波段内选择性地透射p-偏振颜色光。
而且，本发明的偏振、滤光二合一的光学元件整体结构紧凑、制备过程简单，成本低，便于大规模、批量化生产。因此该发明的偏振滤光元件有望在显示等领域广泛应用。
附图说明
图1为实施例1、2、4、5制备的偏振滤光元件的结构示意图；
图2为实施例3制备的偏振滤光元件的结构示意图；
图3为本发明偏振滤光元件的制备流程图；
图4为实施例1中多层膜系优化过程中p-偏振光的蓝色目标光谱；
图5为实施例2和3中多层膜系优化过程中p-偏振光的绿色目标光谱；
图6为实施例4中多层膜系优化过程中p-偏振光的红色目标光谱；
图7为实施例1制备的偏振蓝色滤光元件的p-偏振、s-偏振透射光谱；
图8为实施例2制备的偏振绿色滤光元件的p-偏振、s-偏振透射光谱；
图9为实施例3制备的偏振绿色滤光元件的p-偏振、s-偏振透射光谱；
图10为实施例4制备的偏振红色滤光元件的p-偏振、s-偏振透射光谱；
图11为实施例5中多层膜系优化过程中p-偏振光的黄色目标光谱；
图12为实施例5制备的偏振黄色滤光元件的p-偏振、s-偏振透射光谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1和图2所示，本发明的偏振滤光元件包括基底1和基底1上由高、低折射率材料层交替膜层和/或靠近基底的金属层组成的多层膜堆2，多层膜堆2分别选择性透射红、绿、蓝(RGB)光谱或者分别选择性透射青、品、黄(CMY)光谱；在多层膜堆2上加工金属线栅3，该金属线栅3可以实现将非偏振入射光进行偏振调制，其透射光为偏振光，从而使整个光学元件实现透射偏振颜色可见光。
偏振滤光元件的制备方法的流程如图3所示，包括：
1)对于选定的红、绿、蓝(或青、品、黄)颜色光谱，确定p-偏振光透射的透射带宽以及中心波长，并确定金属线栅的结构尺寸；
2)根据确定的p-偏振光透射的透射带宽和中心波长以及高低折射率材料，设计出能选择性透射对应颜色光谱的多层膜系；
3)将基底用乙醇、丙酮分别进行擦拭清洗；
4)将基底置于真空镀膜设备中，控制沉积参数，在基底上沉积由2)设计所得的多层膜系；
5)从真空镀膜设备中取出镀完膜的基底，利用电子束曝光技术、相干光刻技术或纳米压印的技术在已沉积多层膜系的基底上生成光栅图案，然后通过Lift-off或刻蚀转移加工铝金属线栅，金属线栅尺寸满足设计要求，从而得到本发明偏振、滤光二合一的光学元件。
以蓝绿红偏振滤光元件为例，三种偏振滤光片的透射带中心分别为460nm、535nm、630nm，因此，优化多层膜系的时，偏振蓝光滤波片的目标光谱设置为400nm-430nm范围内p-偏振光0％透射，450nm-470nm范围内p-偏振光100％透射、490nm-700nm范围内p-偏振光0％透射，如图4所示；偏振绿光滤波片的目标光谱设置为400nm-500nm范围内p-偏振光0％透射、520nm-550nm范围内p-偏振光100％透射、570nm-700nm范围内p-偏振光0％透射，如图5所示；偏振红光滤波片的目标光谱设置为400nm-600nm范围内p-偏振光0％透射、620nm-660nm范围内p-偏振光100％透射、680nm-700nm范围内p-偏振光0％透射，如图6所示。
金属线栅材料为金属铝，其结构尺寸参数为：线栅高度100nm，线栅宽度50nm，线栅间隔60nm。
实施例1
偏振蓝光滤波片：
元件的膜系结构如图1所示，包括基底和基底上由高、低折射率材料层交替设置组成的介质膜。高折射率材料为二氧化钛，低折射率材料为二氧化硅，基底材料为K9玻璃，由最外层至基底，各膜层的沉积参数如下表所示：
膜层 材料 厚度/nm
1 TiO<sub>2</sub> 50.05
2 SiO<sub>2</sub> 15.19
3 TiO<sub>2</sub> 56.38
4 Si0<sub>2</sub> 96.51
5 TiO<sub>2</sub> 59.77
6 SiO<sub>2</sub> 103.53
7 TiO<sub>2</sub> 61.84
8 SiO<sub>2</sub> 99.93
9 TiO<sub>2</sub> 58.93
偏振蓝光滤光片p-偏振和s-偏振透射光谱如图7所示，p-偏振态呈现蓝色，s-偏振平均透过率为0.0902％，修正消光比为844.51。
对于红绿蓝色偏振滤光元件，修正消光比定义为：p-偏振态峰值透过率与s-偏振态平均透过率的比值。
实施例2
偏振绿光滤波片：
元件的膜系结构如图1所示，包括基底和基底上由高、低折射率材料层交替设置组成的介质膜。高折射率材料为二氧化钛，低折射率材料为二氧化硅，基底材料为K9玻璃，由最外层至基底，各膜层的沉积参数如下表所示：
Figure BDA0001632487950000091
Figure BDA0001632487950000101
偏振绿光滤光片p-偏振和s-偏振透射光谱如图8所示，p-偏振态呈现绿色，s-偏振平均透过率为0.0702％，修正消光比为1223.14。
实施例3
偏振绿光滤波片：
元件的膜系结构如图2所示，包括基底和基底上的金属膜和介质膜，介质膜由高、低折射率材料层交替设置组成。金属膜材料为银，高折射率材料为二氧化钛，低折射率材料为二氧化硅，基底材料为K9玻璃，由最外层至基底，各膜层的沉积参数如下表所示：
膜层 材料 厚度/nm
1 TiO<sub>2</sub> 49.89
2 SiO<sub>2</sub> 83.47
3 TiO<sub>2</sub> 47.52
4 SiO<sub>2</sub> 49.18
5 TiO<sub>2</sub> 49.43
6 Ag 20
偏振绿光滤光片p-偏振和s-偏振透射光谱如图9所示，p-偏振态呈现绿色，s-偏振平均透过率为0.0985％，修正消光比为750.58。
实施例4
偏振红光滤波片：
元件的膜系结构如图1所示，包括基底和基底上由高、低折射率材料层交替设置组成的介质膜。高折射率材料为二氧化钛，低折射率材料为二氧化硅，基底材料为K9玻璃，由最外层至基底，各膜层的沉积参数如下表所示：
Figure BDA0001632487950000102
Figure BDA0001632487950000111
偏振红光滤光片p-偏振和s-偏振透射光谱如图10所示，p-偏振态呈现红色，s-偏振平均透过率为0.0536％，修正消光比为1677.82。
以青、品、黄(CMY)中的黄色偏振滤光元件为例，偏振黄色滤光片的透射截止带中心波长为430nm，因此，优化多层膜系的时，偏振黄光滤波片的目标光谱设置为400nm-410nm范围内p-偏振光100％透射，420nm-450nm范围内p-偏振光0％透射、460nm-700nm范围内p-偏振光100％透射，如图11所示。
金属线栅材料为金属铝，其结构尺寸参数为：线栅高度100nm，线栅宽度50nm，线栅间隔60nm。
实施例5
元件的膜系结构如图1所示，包括基底和基底上由高、低折射率材料层交替设置组成的介质膜。高折射率材料为二氧化钛，低折射率材料为二氧化硅，基底材料为K9玻璃，由最外层至基底，各膜层的沉积参数如下表所示：
膜层 材料 厚度/nm
1 SiO<sub>2</sub> 217.97
2 TiO<sub>2</sub> 134.64
3 SiO<sub>2</sub> 218.67
4 TiO<sub>2</sub> 137.43
5 SiO<sub>2</sub> 222.72
6 TiO<sub>2</sub> 139.92
7 SiO<sub>2</sub> 214.58
8 TiO<sub>2</sub> 118.46
9 SiO<sub>2</sub> 75.61
偏振黄光滤光片p-偏振和s-偏振透射光谱如图12所示，p-偏振态呈现黄色，s-偏振平均透过率为0.0673％，修正消光比为1275.94。
对于青品黄色偏振滤光元件，修正消光比定义为：p-偏振态高值透过率的均值与s-偏振态平均透过率的比值。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种偏振滤光元件，包括基底，其特征在于，所述基底上依次设有介质膜层和金属线栅；
所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料为二氧化钛；所述的低折射率材料层的材料为二氧化硅；介质膜层中，各层厚度为10～220nm；对于选定的透射光谱波段，根据如下公式设计介质膜层中各膜层的厚度：
Figure FDA0002631363290000011
其中，M(z)为介质膜层的薄膜传输矩阵，
Figure FDA0002631363290000012
δj为第j层薄膜的相位厚度，有δj＝2πnjdjcosθj/λ，nj为第j层薄膜材料的折射率，dj为第j层薄膜膜厚，θj为第j层薄膜折射角，λ为入射光真空波长；对p-偏振光，ηj＝nj/coθj，对s-偏振光，ηj＝njcoθj；
所述的介质膜层中，高、低折射率材料层的总数为5～50；
所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金；所述的金属线栅的结构尺寸为：高度小于或等于200nm，宽度大于或等于30nm，线栅间隔小于或等于100nm。
2.一种偏振滤光元件，包括基底，其特征在于，所述基底上依次设有金属层、介质膜层和金属线栅；
所述金属层的材料选自金、银、铝、铜或其合金；金属层的厚度为6～40nm；
所述介质膜层由高、低折射率材料层交替设置而成；所述的高折射率材料层的材料为二氧化钛；所述的低折射率材料层的材料为二氧化硅；介质膜层中，各层厚度为10～220nm；对于选定的透射光谱波段，根据如下公式设计介质膜层中各膜层的厚度：
Figure FDA0002631363290000013
其中，M(z)为介质膜层的薄膜传输矩阵，
Figure FDA0002631363290000021
δj为第j层薄膜的相位厚度，有δj＝2πnjdjcosθj/λ，nj为第j层薄膜材料的折射率，dj为第j层薄膜膜厚，θj为第j层薄膜折射角，λ为入射光真空波长；对p-偏振光，ηj＝nj/coθj，对s-偏振光，ηj＝njcoθj；
所述的介质膜层中，高、低折射率材料层的总数为5～50；
所述的金属线栅的材料选自金、银、铝、铜或其合金；所述的金属线栅的结构尺寸为：高度小于或等于200nm，宽度大于或等于30nm，线栅间隔小于或等于100nm。
3.根据权利要求1或2所述的偏振滤光元件，其特征在于，所述的基底的材料选自ZF6玻璃、K9玻璃、紫外熔融石英、硒化锌和ZF52。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的偏振滤光元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对于选定的颜色光谱，确定p-偏振光透射的透射带宽以及中心波长，确定金属线栅的结构尺寸；
(2)选择高、低折射率材料层的材料，根据确定的p-偏振光透射的透射带宽以及中心波长，通过优化各层薄膜的厚度，设计出能选择性透射对应颜色光谱的膜系；该步骤可采用现有的软件实现优化操作；
(3)将基底用分别乙醇、丙酮进行清洗；
(4)采用真空镀膜依次沉积各膜层；
(5)在顶层薄膜上制备金属线栅，得到偏振滤光元件。
5.根据权利要求4所述的偏振滤光元件的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，先采用电子束曝光技术、相干光刻技术或纳米压印技术在顶层薄膜上生成光栅图案，再通过Lift-off工艺或刻蚀转移工艺制备金属线栅。
CN201810348223.5A 2018-04-18 2018-04-18 一种偏振滤光元件及其制备方法 Active CN108469645B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810348223.5A CN108469645B (zh) 2018-04-18 2018-04-18 一种偏振滤光元件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810348223.5A CN108469645B (zh) 2018-04-18 2018-04-18 一种偏振滤光元件及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108469645A CN108469645A (zh) 2018-08-31
CN108469645B true CN108469645B (zh) 2021-01-26

Family

ID=63263435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810348223.5A Active CN108469645B (zh) 2018-04-18 2018-04-18 一种偏振滤光元件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108469645B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109445120A (zh) * 2018-11-30 2019-03-08 河南平原光电有限公司 一种干涉截止滤光片结构的偏振分光镜制作方法
CN109633967A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 京东方科技集团股份有限公司 一种显示基板及其制作方法、显示装置
CN112799273B (zh) * 2019-11-13 2023-10-03 深圳光峰科技股份有限公司 波长转换元件及其制备方法、激光荧光光源
JP2023502444A (ja) * 2019-11-21 2023-01-24 華為技術有限公司 波長選択フィルタ、及び波長選択フィルタを製造する方法
CN113219669B (zh) * 2021-05-19 2023-04-14 上海天马微电子有限公司 一种抬头显示系统及交通工具
CN115079327B (zh) * 2022-05-20 2023-10-20 中国科学技术大学 兼具偏振和滤波功能的光学薄膜及其制备方法
CN117465081A (zh) * 2023-10-12 2024-01-30 广东工业大学 一种高吸光率复合膜片及其在激光诱导转移中的应用

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6680799B1 (en) * 1999-08-02 2004-01-20 Universite Jean Monnet Optical polarizing device and laser polarization device
JP2008107720A (ja) * 2006-10-27 2008-05-08 Enplas Corp 偏光子およびその製造方法
EP2171506A4 (en) * 2006-12-08 2012-01-18 Univ City New York Res Found DEVICES AND METHODS FOR LIGHT ADJUSTMENT IN COMPOSITE MATERIALS
CN101266309A (zh) * 2008-04-25 2008-09-17 同济大学 具有宽的低反射旁通带的单峰窄带反射滤光片
CN101915951A (zh) * 2010-07-27 2010-12-15 平湖中天合波通信科技有限公司 一种无基底滤光片的制备方法
CN102854557A (zh) * 2012-10-15 2013-01-02 上海理工大学 一种偏振无关窄带彩色滤光片及制作方法
CN104808274A (zh) * 2014-01-29 2015-07-29 深圳市楠轩光电科技有限公司 一种用于光通信的窄带滤光片
CN104570184B (zh) * 2015-01-20 2016-12-28 厦门大学 一种可集成窄带微型滤光器

Also Published As

Publication number Publication date
CN108469645A (zh) 2018-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108469645B (zh) 一种偏振滤光元件及其制备方法
CN108680981B (zh) 一种深紫外窄带滤光片制备方法
CN105355637B (zh) 固体摄影元件、装置、设备及偏振元件的制造方法
WO2020019575A1 (zh) 基于介质超表面结构的窄带滤光片及其制作方法
CN110133771B (zh) 一种利用结构对称性破缺实现超窄带吸收和传感的方法
EP1408350A1 (en) Multi-cavity optical filter
JP2004280050A5 (zh)
KR20050017871A (ko) 와이어 그리드 편광자 제조 방법
CN110346854B (zh) 一种与偏振无关的超窄多频带可调谐完美吸收器
JP2007171735A (ja) 広帯域反射防止膜
CN109491001B (zh) 基于覆盖折射率匹配层的偏振无关光栅及其制备方法
CN108387961A (zh) 一种深紫外窄带滤光片
CN208156225U (zh) 一种基于金属亚波长光栅的颜色滤波片
CN111769425A (zh) 用于1064纳米波段的全介质反射式光谱合束光栅
CN104834024B (zh) 一种双消短波通膜系以及分色合色器
CN103777264A (zh) 一种适用于任意光的超高透射率减色滤波器及其制备方法
WO2012079239A1 (zh) 一种彩色滤光片
US20180203170A1 (en) Structural color filter and method of manufacturing the structural color filter
KR101674562B1 (ko) 유전체 덮개층을 갖는 나노공진기 기반의 전방향 컬러 필터
CN113917587B (zh) 多色荧光检测用多通带消偏振二向分色滤光片
CN110703437A (zh) 一种用于消偏振截止滤光片的构建方法
KR100643965B1 (ko) 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법
CN113820013A (zh) 一种基于Fabry–Pérot腔的透射式超构表面多光谱成像仪
WO2024087660A1 (zh) 多通道荧光检测用低角度效应多陷波分色滤光片
CN204903941U (zh) 紫外光刻机曝光系统用精密介质膜反射镜

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220824

Address after: 201806 zone B, 1st floor, building 2, No. 4500 Baoqian highway, Jiading District, Shanghai

Patentee after: Shanghai high energy Yu Plating Technology Co.,Ltd.

Address before: 310013 Yuhang Tang Road, Xihu District, Hangzhou, Zhejiang 866

Patentee before: ZHEJIANG University