CN111025449A - 光学设备、太赫兹页岩偏振片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供了一种光学设备、太赫兹页岩偏振片及其制造方法，该制造方法包括：选取层理结构满足预设要求的页岩；沿垂直于所述页岩的层理结构的方向，将所述页岩切割成厚度均匀的页岩片；向所述页岩片施加电压，以获得时间调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片；对所述太赫兹页岩偏振片进行热解，以获得强度调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片。本说明书实施例可以降低太赫兹偏振片的制造成本。

Description

光学设备、太赫兹页岩偏振片及其制造方法

技术领域

本说明书涉及偏振片技术领域，尤其是涉及一种光学设备、太赫兹页岩偏振片及其制造方法。

背景技术

常见的用于太赫兹波段的偏振片(以下简称太赫兹偏振片)是金属线栅偏振片，由于没有基底材料，损耗低，被广泛应用于太赫兹波段。但金属线栅偏振片的金属线结构加工起来难度很大。此外。也可以采用晶体材料加工成偏振片，但这种晶体偏振片的加工损耗通常比较大，从而限制了它的广泛应用。

Yong Ma等人利用光刻工艺在高密度聚乙烯材料(或碳纳米管)上加工出了太赫兹线栅偏振片，实现了较低的损耗，但是要提高消光比，就要制备周期更小的线栅结构，这就需要采用成本更高、难度更大的纳米印刷和加工工艺。

因此，如何降低太赫兹偏振片的制造成本已成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本说明书实施例的目的在于提供一种光学设备、太赫兹页岩偏振片及其制造方法，以降低太赫兹偏振片的制造成本。

为达到上述目的，一方面，本说明书实施例提供了一种太赫兹页岩偏振片制造方法，包括：

选取层理结构满足预设要求的页岩；

沿垂直于所述页岩的层理结构的方向，将所述页岩切割成厚度均匀的页岩片；

向所述页岩片施加电压，以获得时间调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片；

对所述太赫兹页岩偏振片进行热解，以获得强度调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片。

在本说明书一实施例中，所述向所述页岩片施加电压，包括：

沿平行于所述页岩片的层理结构方向向所述页岩片施加电压。

在本说明书一实施例中，所述热解的温度为800℃。

在本说明书一实施例中，所述层理结构满足预设要求，包括：

页岩的层理结构清晰度达到设定的清晰度阈值，且页岩的层理结构均匀度达到设定的均匀阈值。

在本说明书一实施例中，所述太赫兹页岩偏振片制造方法还包括：

在向所述页岩片施加电压之前，对所述页岩片的表面进行抛光处理。

另一方面，本说明书实施例还提供了一种太赫兹页岩偏振片，所述太赫兹页岩偏振片通过以下制造方法获得：

选取层理结构满足预设要求的页岩；

沿垂直于所述页岩的层理结构的方向，将所述页岩切割成厚度均匀的页岩片；

向所述页岩片施加电压，以获得时间调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片；

对所述太赫兹页岩偏振片进行热解，以获得强度调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片。

在本说明书一实施例中，所述向所述页岩片施加电压，包括：

沿平行于所述页岩片的层理结构方向向所述页岩片施加电压。

在本说明书一实施例中，所述热解的温度为800℃。

在本说明书一实施例中，所述层理结构满足预设要求，包括：

页岩的层理结构清晰度达到设定的清晰度阈值，且页岩的层理结构均匀度达到设定的均匀阈值。

另一方面，本说明书实施例还提供了一种光学设备，所述光学设备配置有上述的太赫兹页岩偏振片。

由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例中，由于相较于晶体材质的偏振片，页岩偏振片的械强度高，稳定性好，因此，基于页岩制造太赫兹偏振片的损耗率得以降低；而且，相对于金属线栅型偏振片和碳纳米管偏振片，基于页岩制造太赫兹偏振片的工艺简单且易于实现，从而可以大幅降低太赫兹偏振片的制造成本。同时，由于地球上页岩储量丰富、价格低廉。因而，基于页岩制造太赫兹偏振片的原材料成本低，从而可以进一步降低制造太赫兹偏振片的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本说明书一些实施例中太赫兹页岩偏振片制造方法的流程图；

图2为本说明书一示例性实施例中页岩的外形示意图；

图3为本说明书一示例性实施例中太赫兹页岩偏振片的外形示意图；

图4为本说明书一示例性实施例中页岩的组成结构示意图；

图5为本说明书一示例性实施例中太赫兹页岩偏振片的偏振规律归一化图；

图6为本说明书一示例性实施例中未施加电压的太赫兹页岩偏振片调制太赫兹波的幅度范围示意图；

图7为图6所示的太赫兹页岩偏振片在被沿平行于层理结构方向施加电压后的调制太赫兹波的幅度范围示意图；

图8为本说明书一示例性实施例中800℃高温热解之后的页岩的太赫兹波偏振规律示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

相比于微波、红外和X射线等电磁波，太赫兹波具有独特的特点，在移动通信、军事、农业、安检、环境、医疗等方面具有显著的研究价值。而且，当前太赫兹技术已取得了重大的进步，并已在多种光学设备中得以应用。例如，以光学设备中的超快激光器为例，随着超快激光器的技术发展，一些超快激光器的偏振片目前已采用了太赫兹偏振片。应当理解的是，本说明书是以超快激光器为例进行说明，但是本说明书的光学设备并不限于超快激光器，也可以是其他任何需要配置太赫兹偏振片的光学设备，本说明书对此不做限制。

目前的太赫兹偏振片主要有三种：晶体偏振片、金属线栅型偏振片和碳纳米管偏振。晶体偏振片的加工损耗通常比较大，从而限制了它的广泛应用。金属线栅型偏振片主要可以通过精密的机械加工、激光直写技术、光刻等加工方式获得，这也是目前应用最为广泛的太赫兹偏振片，但其加工难度较大，因而影响了其制造成本。碳纳米管偏振片是由纳米碳管形成的线栅结构，但由于碳纳米管生长情况和转移过程中的不确定因素、高的成本、以及低消光比等原因，这种偏振片还处于研究阶段。因此，如何降低太赫兹偏振片的制造成本已成为目前亟待解决的技术问题。

基于上述问题，本说明书提供了新的太赫兹偏振片制造方法，即太赫兹页岩偏振片制造方法。参考图1所示，在本说明书一些实施例中，太赫兹页岩偏振片制造方法可以包括以下步骤：

S101、选取层理结构满足预设要求的页岩。

页岩(如图2所示)作为一种天然的岩石，其本身为一种层理结构明显的岩石矿物。一般可以认为它由无机矿物层理框架和无机矿物附着物构成，例如图4所示。无机矿物层理框架主要是二氧化硅等矿物，无机矿物附着物是碳酸盐矿物，例如碳酸钙等矿物。

本申请的发明人经过长期研究实验发现：页岩的偏振性偏可以适应太赫兹波段。因此，页岩可以用于制造太赫兹偏振片。本申请的发明人进一步研究还发现，并非所有页岩都可以应用于太赫兹偏振片。一般地，当页岩的层理结构满足一定要求时，其才具有较好的偏振性性能，从而才能满足太赫兹波段的要求。具体而言，页岩的层理结构不仅要清晰，还要分布均匀，从而才能达到亚波长光栅周期的要求。因此，页岩在选材时，需要选取层理结构的清晰度可以达到设定的清晰度阈值，且层理结构均匀度也可以达到设定的均匀阈值的页岩。

S102、沿垂直于所述页岩的层理结构的方向，将所述页岩切割成厚度均匀的页岩片。

在本说明书一些实施例中，在将页岩切割成厚度均匀的页岩片(例如图3所示)时，之所以要沿垂直于页岩的层理结构的方向进行机械切割，是因为制作的太赫兹页岩偏振片需要对太赫兹波进行偏振，而偏振的方式即是太赫兹波透过垂直层理处进行偏振。根据实际需要，可以将页岩切割成任何所需的形状，例如可以包括但不限于圆形、矩形或椭圆形等，本说明书中对此不作限定。

本申请的发明人研究发现，基于天然页岩制成的太赫兹页岩偏振片的厚度会明显影响太赫兹波的透过性和偏振性。当太赫兹页岩偏振片的厚度增大时，其对于太赫兹波的偏振性能增强，但同时也会使太赫兹波的透过性能下降；反之，当太赫兹页岩偏振片的厚度减小时，其对于太赫兹波的透过性能增强，但同时也会使太赫兹波的偏振性能下降。因此，为了兼顾太赫兹波的透过性和偏振性，基于天然页岩制成的太赫兹页岩偏振片需要有一个合适的厚度。本申请的发明人进一步研究发现，这个合适厚度可以为1～2厘米之间的任意值，如此，既保持了太赫兹波有一定的透过性，又有足够的厚页岩对太赫兹波进行偏振。根据应用场景的不同，在应用时可以根据实际需要具体从上述范围选择合适的值。此外，本申请的发明人进一步研究还发现，当基于天然页岩制成的太赫兹页岩偏振片的厚度为1.5厘米时，太赫兹页岩偏振片的综合性能可以达到一个最佳或较佳的效果。

在本说明书一示例性实施例中，图5示出了将页岩片进行太赫兹光谱测试的实验得到的偏振规律。在图5中，横坐标为角度，纵坐标为太赫兹信号的信号强度。从图5中可以看出，将页岩片作为太赫兹波偏振片能够得到标准的偏振规律。这一结果表明页岩片作为太赫兹波偏振片具有可行性。

S103、向所述页岩片施加电压，以获得时间调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片。

从图5中可以看出，直接将页岩片作为太赫兹页岩偏振片，其偏振调制效果并不是很高。研究表明，对页岩片施加电压可以改变其对太赫兹波段的时间调制幅度。因此，在本说明书一些实施例中，为了增强太赫兹偏振片的时间调制幅度，可以向页岩片施加电压(或称为施加电场)，以获得时间调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片。

在本说明书另一些实施例中，当沿平行于页岩片的层理结构方向向页岩片施加电压时，可以更加显著地增强太赫兹页岩偏振片的时间调制幅度，从而增强了太赫兹偏振片的偏振调制效果。需要指出的是，上述向页岩片施加指定电压的电压值，可以根据页岩样及实际需要选择，本说明书对此不作限定。

例如，在本说明书一示例性实施例中，图6示出了未施加电压的太赫兹页岩偏振片调制太赫兹波的幅度范围示意图，图7示出了沿层理方向施加电压后的太赫兹页岩偏振片调制太赫兹波的幅度范围示意图。在图6和图7中，横坐标为角度，纵坐标为时间。对比图6和图7可以看出，图7中的时间调制幅度为0.4ps，明显比图6中的时间调制幅度0.25ps要大。由此验证了施加电压会影响页岩偏振片对太赫兹波段的时间调制幅度，即沿层理方向页岩偏振片施加电压可以增加页岩偏振片对太赫兹波时间延迟的调制范围。

S104、对所述太赫兹页岩偏振片进行热解，以获得强度调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片。

研究还表明，对页岩片进行热解可以改变其对太赫兹波段的强度调制幅度。因此，在本说明书一些实施例中，在向页岩片施加电压的基础上，为了增强太赫兹偏振片的强度调制幅度，还可以对太赫兹页岩偏振片进行指定温度的热解，以获得时间调制幅度和强度调制幅度均得到增强的太赫兹页岩偏振片。

例如，在本说明书一示例性实施例中，图8示出了在对太赫兹页岩偏振片进行800℃热解后，太赫兹页岩偏振片对太赫兹波调制的偏振规律。在图8中，横坐标为角度，太赫兹信号的信号强度。从图8中可以看出，当对太赫兹页岩偏振片进行800℃的热解时，可以显著地增强太赫兹页岩偏振片的强度调制幅度，从而进一步增强了太赫兹页岩偏振片的偏振调制效果。不仅如此，相比于没有进行热解的太赫兹页岩偏振片。对太赫兹页岩偏振片进行800℃的热解还产生了90°的特殊调制规律，从而可以适用于一些特定的环境和需求。例如，在两个偏振片叠加使用的情况下，需要两个偏振片叠加使用时的偏振规律为90°偏振，而高温热解后的太赫兹页岩偏振片刚好也为90°偏振规律，从而可以满足这样的应用场景需要。

此外，在两个太赫兹页岩偏振片叠加使用的情况下，也可以沿平行于太赫兹页岩偏振片的层理结构方向，向太赫兹页岩偏振片施加电压。相应地，在加电压后对应的调制幅度也会增加。不仅如此，在本说明书一实施例中，太赫兹页岩偏振片可以单独热解而不加电压。在本说明书另一实施例中，太赫兹页岩偏振片也可以单独加电压而不进行热解。在本说明书另一实施例中，赫兹页岩偏振片也可以热解并加电压。具体可以根据需要选择，本说明书对此不做限定。本说明书一些实施例中，在向所述页岩片施加电压之前，还可以对所述页岩片的表面进行抛光处理。由于页岩片是基于页岩切割而成，其上表面和下表面通常会较为粗糙，可能无法直接用作太赫兹页岩偏振片。因此，需要对页岩片的上表面和下表面进行表面抛光处理，以形成具有光滑表面的太赫兹页岩偏振片。同时，对页岩片的表面进行抛光处理的另一个目的在于，使页岩片的厚度均一，以免因厚度不均而影响太赫兹页岩偏振片的偏振效果。

由此可见，本说明书实施例中，由于相较于晶体材质的偏振片(即晶体偏振片)，页岩偏振片的械强度高，稳定性好，因此，基于页岩制造太赫兹偏振片的损耗率得以降低；而且，相对于金属线栅型偏振片和碳纳米管偏振片，基于页岩制造太赫兹偏振片的工艺简单且易于实现，从而可以大幅降低太赫兹偏振片的制造成本。同时，由于地球上页岩储量丰富、价格低廉。因而，基于页岩制造太赫兹偏振片的原材料成本低，从而可以进一步降低制造太赫兹偏振片的成本。不仅如此，由于页岩是天然样品，无毒、无辐射，后续在制作太赫兹页岩偏振片的过程中对环境的污染较小。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程还可以包括更多或更少的操作。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种太赫兹页岩偏振片制造方法，其特征在于，包括：

选取层理结构满足预设要求的页岩；

沿垂直于所述页岩的层理结构的方向，将所述页岩切割成厚度均匀的页岩片；

向所述页岩片施加电压，以获得时间调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片；

对所述太赫兹页岩偏振片进行热解，以获得强度调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片。

2.如权利要求1所述的太赫兹页岩偏振片制造方法，其特征在于，所述向所述页岩片施加电压，包括：

沿平行于所述页岩片的层理结构方向向所述页岩片施加电压。

3.如权利要求1所述的太赫兹页岩偏振片制造方法，其特征在于，所述热解的温度为800℃。

4.如权利要求1所述的太赫兹页岩偏振片制造方法，其特征在于，所述层理结构满足预设要求，包括：

页岩的层理结构清晰度达到设定的清晰度阈值，且页岩的层理结构均匀度达到设定的均匀阈值。

5.如权利要求1所述的太赫兹页岩偏振片制造方法，其特征在于，还包括：

在向所述页岩片施加电压之前，对所述页岩片的表面进行抛光处理。

6.一种太赫兹页岩偏振片，其特征在于，所述太赫兹页岩偏振片通过以下制造方法获得：

选取层理结构满足预设要求的页岩；

沿垂直于所述页岩的层理结构的方向，将所述页岩切割成厚度均匀的页岩片；

向所述页岩片施加电压，以获得时间调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片；

对所述太赫兹页岩偏振片进行热解，以获得强度调制幅度增强的太赫兹页岩偏振片。

7.如权利要求6所述的太赫兹页岩偏振片，其特征在于，所述向所述页岩片施加电压，包括：

沿平行于所述页岩片的层理结构方向向所述页岩片施加电压。

8.如权利要求6所述的太赫兹页岩偏振片，其特征在于，所述热解的温度为800℃。

9.如权利要求6所述的太赫兹页岩偏振片，其特征在于，所述层理结构满足预设要求，包括：

页岩的层理结构清晰度达到设定的清晰度阈值，且页岩的层理结构均匀度达到设定的均匀阈值。

10.一种光学设备，其特征在于，所述光学设备配置有权利要求6-9任意一项所述的太赫兹页岩偏振片。

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