CN111090176B - 一种反射不对称的金属光栅偏振分束器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射不对称的金属光栅偏振分束器，包括衬底、第一介质和第一金属构成第一光栅，在第一金属的上表面或者侧面设置有第一吸光材料；在纵向沿着第一金属的上表面还等间隔地设置多个第二材料构成第二光栅，第一吸光材料紧贴地设置在相邻的两个第二材料中间间隔处的第一金属的上表面；第二吸光材料紧贴地设置在第二材料的上表面和/或侧面；第二材料的厚度大于第一吸光材料的厚度；在相邻的第二材料高出第一吸光材料的空间填充第二介质。本分束器具有偏振对比度高、透射效率高、一面低反射/一面高反射的特性，其低反射面可以克服传统纳米光栅偏振片对环境光的反射而导致的眩光缺陷，而其高反射面可以提高显示器的光学效率。

Description

一种反射不对称的金属光栅偏振分束器

技术领域

本发明涉及偏振光分束器件技术领域，尤其涉及一种反射不对称的金属光栅偏振分束器。

背景技术

偏振光被广泛的应用于现代光学技术和应用中，比如光通讯、光存储、光传感和显示等。偏振光分束器可以将入射的非偏振光分成偏振方向相互垂直的两束光。

随着当前人们对光学器件高效化、小型化、集成化的要求，以及微纳加工技术的发展，具有优良偏振特性的亚波长光栅受到人们广泛关注和研究，它具有体积小、易集成、和设计灵活的特点。

从材料上看，亚波长光栅包括介质光栅和金属光栅。由于介质折射率的限制，介质光栅通常工作在红外和中红外光波领域。它的偏振效应是由光栅对TM(横磁场，磁场平行于第一金属光栅线条方向)和TE(横电场，电场平行于第一金属光栅线条方向)偏振光的等效折射率不同而引起的。在干涉效应的作用下，TM和TE光被反向衍射或前向衍射到和光波长有关的特定的方向上。所以，介质光栅只能做成窄带和特定入射角度的偏振分束器件，同时消光比很难提高。比如中国专利CN1804667“1550纳米波长的石英透射偏振分束光栅”给出了一个用于1550纳米波长和特定入射角度下的石英透射偏振分束光栅的具体结构参数，TM和TE光被透射衍射到不同的方向，消光比大约几百～几千，很难达到万级。

要得到宽带和高消光比的偏振分束器，需要利用金属光栅。金属光栅支持表面等离子体波，任意波长的TM偏振光都可以激发表面等离子体导波模式，从而在金属光栅中的介质狭缝里传播；小于某个截止波长的TE偏振光则可以通过正常导波模式进入金属光栅的介质狭缝，而大于截止波长的TE光不能够进入光栅。所以设计金属光栅周期，可以产生宽波段的TM偏振光透射和TE偏振光反射的分束效果。它从物理机制上根本区别于传统的晶体、多层膜、或介质光栅。以此为基础，制作成的表面等离子体偏振分束器，不仅在性能上有宽谱的特点，而且制备工艺简单，适于大规模生产，易于集成化。Y.Ekinci等人(“Bilayer Alwire-grids as broadband and high-performance polarizers双层铝线栅实现宽谱高性能偏振器”,Y.Ekinci,H.Solak,C.David,and H.Sigg,Optics Express 14,2323(2006))增研究过100纳米周期的双层金属线栅对可见光的透射性质，TM光的透射率约50％，消光比大约1万～10万，同时TE光的反射效率高达90％。目前研究的绝大多数金属光栅都有TE的高反射特性，这会导致使用此类偏振片的器件发生对环境光的高反射。

如何利用金属光栅的偏振特性，产生高TM光透射的同时，可控的产生高TE光反射或者低TE光反射，关系到金属偏振片是否可以应用在某些领域。比如显示器件中希望偏振分束器具有高透射偏振抑制比的同时，还要求低的反射效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种反射不对称的金属光栅偏振分束器，其能解决上述问题。

技术原理：一种反射不对称的金属光栅，其包括第一金属和第一介质构成的第一光栅以及位于第一金属之上的吸光材料和第二光栅。

第一介质狭缝的宽度小于工作波长的横电场偏振光对应的最低模式截止宽度，以使得工作波长的TE偏振光(电场平行于位于下层的第一金属-第一介质光栅线条方向)不能透射。而TM光(磁场平行于位于下层的第一金属-第一介质光栅线条方向)可以通过第一介质狭缝，以表面等离子体波导模式高效率透射。利用第二材料上部的第二吸光材料对光的吸收性能，吸收从光栅面入射的TE偏振光。进一步在金属光栅线条上设置沿着线条周期分布的第二光栅，此时TE光还会进入到第二介质狭缝内，被第一吸光材料吸收，而TM光则无法进入第二介质狭缝，从而对透射效率影响很小。由于另外一面没有设置吸光材料或者第二光栅，因此从这一侧的入射TE光被高度反射。最终，形成从光栅面入射的TE光和TM光的反射率低和高效率TM光透射的偏振分束，以及从衬底入射的光的高效率TE光反射、高效率TM光透射的偏振分束。本发明实现宽波段、低TE和TM光反射率或者高TE光反射率、高透射偏振抑制比的偏振分束。

技术方案：本发明的目的采用以下技术方案实现。

一种反射不对称的金属光栅偏振分束器，包括衬底、第一介质和第一金属，多个所述第一金属和第一介质横向等间隔的并排设置在所述衬底的上表面构成第一光栅，并在所述第一金属的上表面设置吸光材料。所述的第一介质宽度满足电场方向平行第一金属光栅线条的入射光的模式截止，所述第一光栅的光栅周期满足入射光波段空气衍射角度大于90度。

优先的，且呈长条状的所述第一金属的宽度与第一介质的宽度相等，所述吸光材料的宽度与所述第一金属的宽度相等。

优选的，紧贴所述第一金属和吸光材料的横向侧壁面设置第一吸光材料侧壁。

优选的，所述衬底为对入射光透明的材料，如SiO2，所述第一介质为空气或对入射光透明的材料，如空气、pmma、SiO2、PC、石英、或PET，所述第一金属为Al，所述吸光材料为金属钨或碳化硼。

优选的，在纵向沿着所述第一金属的上表面还等间隔的设置多个第二材料构成第二光栅，所述吸光材料紧贴的设置在相邻的两个第二材料中间间隔处的第一金属的上表面；所述第二材料的厚度大于所述吸光材料的厚度；在相邻的第二材料高出吸光材料的空间填充第二介质。所述的第二介质的宽度满足使得磁场方向平行第一金属线条方向的入射光的模式截止，所述第二光栅的光栅周期满足入射光工作波段的空气衍射角大于90度。

优选的，在纵向沿着所述第一金属的上表面还等间隔的设置多个第二材料构成第二光栅，所述吸光材料包括第一吸光材料和第二吸光材料，所述第一吸光材料紧贴的设置在相邻的两个第二材料中间间隔处的第一金属的上表面和/或侧面；所述第二吸光材料紧贴的设置在所述第二材料的上表面；所述第二材料的厚度大于所述第一吸光材料的厚度；在相邻的第二材料高出第一吸光材料的空间填充第二介质。所述的第二介质的宽度满足使得磁场平行第一金属线条方向的入射光的模式截止，第二光栅的周期满足入射光工作波段的空气衍射角大于90度。

由此，分束器由多个重复的光栅单元包组成，所述光栅单元包括第一介质、第一金属和第一吸光材料构成的第一光栅结构，以及位于第一光栅结构下方的衬底。金属-吸光材料-介质的第二光栅结构包括：底部的第一金属、位于第一金属上面的、位置左右相邻的第二介质和第二材料、位于第二介质底部的第一吸光材料和位于第二材料顶部的第二吸光材料。

其中，所述第一金属、第一介质和第一金属构成金属-第一介质狭缝-金属波导和第一光栅。所述的第二材料、第二介质和第二材料构成金属-第二介质狭缝-金属或介质波导和第二光栅。

第一介质狭缝的宽度小于工作波长的横电场偏振光对应的最低阶模式截止宽度，以使得工作波长的TE偏振光、即电场平行于位于下层的第一金属-第一介质光栅线条不能透射。此TE光，会被顶层的第二吸光材料吸收，同时还会进入到第二介质狭缝内，被第一吸光材料吸收。因此，TE偏振光被大量吸收，小部分反射。

优选的，所述第一金属与第二材料中至少有一层的厚度大于工作波段TE光的模式渗透深度。

优选的，对同一条所述第一金属上，在所述第二材料的纵向侧壁面上紧贴的设置第二吸光材料侧壁。

优选的，所述衬底为二氧化硅，所述第一介质和第二介质为对入射光透明的材料，如空气、pmma、SiO2、PC、石英、或PET，所述第一金属为铝，所述第二材料为铝、金属钨或二氧化硅，所述吸光材料为钨。

优选的，所述衬底为对入射光透明的材料，如二氧化硅，所述第一介质和第二介质为空气或对入射光透明的材料，如空气、pmma、SiO2、PC、石英、或PET，所述第一金属为铝，所述第二材料为铝、金属钨或二氧化硅，所述第一吸光材料、第二吸光材料为钨、砷化镓、碳化硼或其复合材料。

优选的，所述的第一介质的宽度不大于金属-吸光材料-介质的第二光栅结构的宽度。

优选的，第二介质的宽度不大于位于上层的第二光栅周期减去第二材料的宽度，所述的第二介质光栅的侧面可以具有第二吸光材料。

进一步的，金属-吸光材料-介质的第二光栅结构的侧面可以具有第二吸光材料。

优选的，所述第一介质的高度满足法布里珀罗共振腔的干涉相消条件，使得工作波长TM反射光最小。

优选的，所述第一金属是单层金属或混合多层含有金属的薄膜，所述第二材料可以是单层金属、介质或混合多层金属-介质薄膜。

优选的，所述的第一介质为对工作波长透明的材料，所述的第二介质为对工作波长透明的材料，这两种介质是单层均匀材料或是多层结构不同材料构成。

优选的，第一介质的高度为从衬底的顶部到第二吸光材料的顶部，所述第二介质的高度为从第一吸光材料的顶部到第二吸光材料的顶部。

优选的，所述的上下两层光栅的厚度和材料种类可以相同也可以不同。另外，光栅也可以包括单层或多层，每层的结构也可以不一样；每层中，也可以是混合多层材料光栅。

工作原理：工作波长的-1级衍射光沿着平行于光栅面的波数大于光在空气中或者和光栅直接接触的介质中的波数，也就是衍射光不能存在于空气或者和光栅接触的衬底介质中。而且，只有TM偏振光可以进入狭缝并透射，而TE偏振光不能进入狭缝，只能被反射。从而形成了TM透射而TE反射的偏振分束。其中衍射在空气中存在由公式1描述，而衍射在衬底中存在由公式2描述。其中n₀为空气的折射率，n_s为衬底折射率，θ为入射光在空气面的入射角，T为光栅的周期、k₀为光在真空中的波数。

进一步的，在这层光栅的金属线条上叠加一层吸光材料，比如金属钨，以吸收TE光，大大降低TE偏振光的反射率。由于TM光主要是通过空气狭缝进入光栅并透射，所以金属钨对TM偏振光的影响不大。

也可以先在这层光栅的金属线条上再叠加一层光栅，光栅方向和下层金属光栅的方向相互垂直。因此原来的TE光对于上层光栅来说就是TM光，它可以进入上层光栅的空气或介质狭缝内。在上层金属光栅底部添加吸光材料，比如金属钨，从而把这些光吸收掉。因为上层的这些结构都是在下层金属光栅的顶部，不影响第一介质狭缝，所以原本的TM光的透射变化不大。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)该偏振分束光栅只存在反射和透射中的0级衍射，可以将TM偏振和TE偏振的入射光分别透射和反射。采用了双层金属光栅结构，使得从光栅面入射的TE光在上层的金属或介质-吸光材料-介质第二光栅结构中被高效率吸收，在具有高透射偏振抑制比的同时，极大降低了光的反射效率。而对于从衬底面入射的TE光直接被下层的第一金属-介质光栅高效率反射。

(2)工艺简单，成本低、适合大批量生产；

(3)偏振光分束特性好、性能稳定可靠。通过简单的参数设计可以实现宽光谱、一面低反射/一面高反射、高透射和高透射偏振比的分束性能。

附图说明

图1为本发明反射不对称的金属光栅偏振分束器的几何结构示意图；

图2为金属光栅偏振分束器的第1实施例示意图；

图3为第1实施例中光从光栅面入射时模拟得到的一维铝钨光栅的反射、透射和透射偏振比的光谱图；

图4为第1实施例中光从基底面入射时模拟得到的一维铝钨光栅的反射、透射和透射偏振比的光谱图；

图5为金属光栅偏振分束器的第2实施例示意图；

图6为第2实施例中光从光栅面入射时模拟得到的有侧壁的一维铝钨光栅的反射、透射和透射偏振比的光谱图；

图7为金属光栅偏振分束器的第3实施例示意图；

图8为第3实施例中光从光栅面入射时模拟得到的一维铝碳化硼光栅的反射、透射和透射偏振比的光谱图；

图9为金属光栅偏振分束器的第4实施例示意图；

图10为第4实施例利用有限元软件模拟得到的第二光栅为铝钨复合结构的反射、透射和透射偏振比的光谱图；

图11为金属光栅偏振分束器的第5实施例示意图；

图12为第5实施例中光从光栅面入射时模拟得到的第二光栅为钨光栅的反射、透射和透射偏振比的光谱图；

图13为金属光栅偏振分束器的第6实施例示意图；

图14为第6实施例中光从光栅面入射时模拟得到的第二光栅为介质-钨复合结构的反射、透射和透射偏振比的光谱图；

图15为金属光栅偏振分束器的第7实施例示意图；

图16为第7实施例中光从光栅面入射时模拟得到的第二光栅为铝-钨复合结构的反射、透射和透射偏振比的光谱图；

图17为金属光栅偏振分束器的第8实施例示意图；

图18为第8实施例中光从光栅面入射时模拟得到的第二光栅为有侧壁的介质-钨复合结构的反射、透射和透射偏振比的光谱图。

图中：1、衬底；2、第一介质；3、第一金属；4.a、第一吸光材料；4.b、第二介质；5.a、第二材料；5.b、第二吸光材料；6、第一吸光材料侧壁；7、第二吸光材料侧壁；8、入射的TE光；9、弱的TE反射光；10、微弱的TE透射光；11、入射的TM光；12、弱的TM反射光；13、强烈的TM透射光。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本申请的反射不对称的金属光栅偏振分束器的几何结构示意图，其中，分束器包括衬底1、第一介质2、第一金属3、第一吸光材料4.a、第二介质4.b、第二材料5.a、第二吸光材料5.b、入射的TE光8、弱的TE反射光9、微弱的TE透射光10、入射的TM光11、弱的TM反射光12、强烈的TM透射光13。

实施例1

一维铝钨光栅。光从光栅面入射时，TE光的反射被抑制；光从衬底面入射时，TE光高反。同时都具有相同的、高的透射偏振抑制比。

附图2～图4展示了一维铝钨光栅结构示意图和利用商业软件COMSOL获得的可见光范围内的反射、透射和吸收光谱图，以及透射偏振比的模拟结果。此偏振分束器的下层为第一金属铝和第一介质(为对入射光透明或对工作波长透明的材料，如空气、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、SiO2(二氧化硅)、PC(聚碳酸酯)、石英、或PET(涤纶树脂))构成的第一光栅，光栅周期方向沿x轴，铝线条沿y轴方向延伸，周期P1＝100纳米，金属铝线条的宽度为周期的一半，即w1＝50纳米，铝厚度h1＝100纳米。铝上面的第一材料为钨，厚度h2＝45纳米。

参见图3，一维铝光栅(细线)和铝钨光栅(粗线)，光从光栅面入射时，模拟结果显示，没有钨的一维铝光栅的TE光反射率高达90％,TM光的透射率约80％。有金属钨的一维铝钨光栅，TE光反射效率大幅度下降到约35％，TM光的透射效率只下降到约73％，TE光的透射效率则下降了1个量级多，透射偏振比提高到1万～1.9万。可见，一维铝钨光栅比一维铝光栅，透射偏振比提高了3～20倍，抑制了约60％的TE反射光，同时TM光的反射效率也下降约一半。

参见图4，对于一维铝钨光栅，当入射光从基底面入射时，透射效率不发生改变，TM光的反射效率有所上升，TE光的反射效率更是达到约90％。

实施例2

参见图5和图6，在实施例1的基础上，将铝增厚到150纳米，同时铝条边有5纳米厚的第一吸光材料侧壁6，第一吸光材料侧壁6采用金属钨。

附图5展示了复合光栅结构示意图，其结构参数同实施例1中的一维铝钨光栅，除了铝层光栅的厚度增长到150纳米，同时铝条有5纳米的钨侧壁。

附图6展示了利用商业软件COMSOL的模拟实施例的结果，光从光栅面入射。模拟结果显示，铝层厚度的增加，对TM偏振光的反射、透射效率和TE光的反射效率影响不大；但是大大降低了TE光的透射效率，所以透射偏振比提高了～40倍。薄的侧壁对结果影响不太大。

实施例3

参见图7和图8，一维铝-碳化硼光栅，光从光栅面入射，TE光的反射被抑制，同时具有高的透射偏振抑制比。

附图7展示了一维铝-碳化硼光栅结构示意图，此偏振分束器的下层为第一金属铝和第一介质(为空气、pmma或SiO2)构成的第一光栅，光栅周期方向沿x轴，铝线条沿y轴方向延伸，周期P1＝100纳米，金属铝线条的宽度为周期的一半，即w1＝50纳米，铝厚度h1＝120纳米。铝上面的第一材料为碳化硼，厚度h2＝60纳米。

图8为利用商业软件COMSOL获得的可见光范围内的反射、透射和吸收光谱图，以及透射偏振比的模拟结果。光从光栅面入射，模拟结果显示，TE光反射效率为5％～35％，TM光的透射效率为50～82％，透射偏振抑制比为0.85万～1.62万。

实施例4

参见图9和图10，第二光栅为铝钨复合结构，光从光栅面入射，获得高透射偏振比的同时，将TE反射降到20％以下。

附图9展示了复合光栅结构示意图，第一金属铝和第一介质(为空气、pmma、PC、PET或SiO2)组成的第一光栅周期P1＝100纳米，铝线条宽度为w1＝50纳米。位于上层的第二材料铝和第二介质(为空气、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、SiO2(二氧化硅)、PC(聚碳酸酯)、或PET(涤纶树脂))组成的第二光栅周期P2＝200纳米。每个周期内，第二材料铝线条长w2＝140纳米，厚h2＝100纳米；第二介质底部的第一吸光材料钨线条长60纳米，厚h3＝30纳米；它们的宽度都和下层的铝线条相等，都为50纳米。

参见图10，模拟结果显示,波长540纳米以上的TM光的透射率约80％，短波长透射率低一点，约62％。波长420纳米-700纳米之间的TE光反射效率降到20％以下，透射偏振比很高，为1.7万～3.3万。

实施例5

参见图11和图12，第二光栅为一维钨光栅，获得低TE反射和高透射偏振抑制比。

附图11展示了一维铝光栅上叠加一维钨光栅的结构示意图，第一金属铝和第一介质(为空气、pmma或SiO2)组成的第一光栅周期P1＝100纳米，铝线条宽度为w1＝50纳米。位于上层的第二材料钨和第二介质(为空气、pmma、PC、PET或SiO2)组成的第二光栅周期P2＝200纳米。每个周期内，第二材料钨线条长w2＝140纳米，厚h2＝120纳米；第二介质-空气底部的第一吸光材料钨线条长60纳米，厚h3＝45纳米；它们的宽度都和下层的铝线条相等，都为50纳米。

附图12为利用商业软件COMSOL的获得的可见光范围内的反射、透射和吸收光谱图，以及透射偏振比的模拟结果。光从光栅面入射，模拟结果显示，TE和TM光的反射效率都低于10％，透射偏振比高达2.2万～5万。

实施例6

参见图13和图14，第二光栅为介质-钨复合结构，获得低TE反射和高透射偏振抑制比。

附图13展示了复合光栅结构示意图，第一金属铝和第一介质(为空气、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、SiO2(二氧化硅)、PC(聚碳酸酯)、石英、或PET(涤纶树脂))组成的第一光栅周期P1＝100纳米，光栅方向沿x轴，铝线条沿y轴方向延伸，铝线条宽度为w1＝50纳米。位于上层的第二材料二氧化硅和第二介质(为空气、pmma、PET、PC、石英或SiO2)组成的第二光栅周期P2＝250纳米。每个周期内，第二材料二氧化硅线条长w2＝75纳米，厚h2＝140纳米；第二材料二氧化硅顶部的第二吸光材料钨厚h4＝80纳米；第二介质-空气底部的第一吸光材料钨线条长175纳米，厚h3＝80纳米；它们的宽度都和下层的铝线条相等，都为50纳米。

附图14，利用商业软件COMSOL的获得的可见光范围内的反射、透射和吸收光谱图，以及透射偏振比的模拟结果。光从光栅面入射，模拟结果显示，波长大于500纳米的TE光的反射小于4％，波长大于500纳米的TM光的反射小于2％，透射偏振比为2万～3.5万。

实施例7

参见图15和图16，第二光栅为铝-钨复合结构，获得低TE反射和高透射偏振抑制比。

附图15展示了复合光栅结构示意图，第一金属铝和第一介质(为空气、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、SiO2(二氧化硅)、PC(聚碳酸酯)、石英、或PET(涤纶树脂))组成的第一光栅周期P1＝100纳米，光栅方向沿x轴，铝线条沿y轴方向延伸，铝线条宽度为w1＝50纳米。位于上层的第二材料铝和第二介质(为空气、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、SiO2(二氧化硅)、PC(聚碳酸酯)、石英、或PET(涤纶树脂))组成的第二光栅周期P2＝200纳米。每个周期内，第二材料铝线条长w2＝140纳米，厚h2＝100纳米；第二材料铝顶部的第二吸光材料厚h4＝45纳米；第二介质-空气底部的第一吸光材料线条长60纳米，厚h3＝45纳米；它们的宽度都和下层的铝线条相等，都为50纳米。

附图16展示了利用商业软件COMSOL获得的可见光范围内的反射、透射和吸收光谱图，以及透射偏振比的模拟结果。光从光栅面入射，模拟结果显示，TM光的透射率较高，为55％～75％；波长500纳米-800纳米的TE光反射效率降到10％以下，短波长的TE反射也在20％以下；透射偏振比高达5～20万，波长越短，透射偏振比越高。

实施例8

参见图17和图18，在实施例6的基础上，在第二光栅的铝条边加10纳米厚的第二吸光材料侧壁7。第二吸光材料侧壁7采用金属钨。光从光栅面入射，获得低TE反射和高透射偏振抑制比。

附图17展示了复合光栅结构示意图，此复合光栅结构是在实施例6的基础上，在第二材料铝的侧边叠加了钨层，此钨层的宽度为10纳米。

附图18展示了利用商业软件COMSOL的获得的可见光范围内的反射、透射和吸收光谱图，以及透射偏振比的模拟结果。模拟结果显示：TM光的透射率维持在55％～75％；波长550纳米-800纳米的TE光反射效率在10％以下，短波长的TE反射在22％以下；透射偏振比高达5.5～38万，波长越短，透射偏振比越高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种反射不对称的金属光栅偏振分束器，包括衬底(1)、第一介质(2)和第一金属(3)，其特征在于：多个所述第一金属(3)和第一介质(2)横向等间隔的并排设置在所述衬底(1)的上表面构成第一光栅，并在所述第一金属(3)的上表面设置吸光材料，所述的第一介质(2)宽度满足电场方向平行第一金属(3)光栅线条的入射光的模式截止，所述第一光栅的光栅周期满足入射光波段空气衍射角度大于90度；

在纵向沿着所述第一金属(3)的上表面还等间隔的设置多个第二材料(5.a)构成第二光栅，所述吸光材料紧贴的设置在相邻的两个第二材料(5.a)中间间隔处的第一金属(3)的上表面；在相邻的第二材料(5.a)高出吸光材料的空间填充第二介质(4.b)；所述的第二介质(4.b)的宽度满足使得磁场方向平行第一金属(3)线条方向的入射光的模式截止，所述第二光栅的光栅周期满足入射光工作波段的空气衍射角大于90度。

2.根据权利要求1所述的分束器，其特征在于：紧贴所述第一金属(3)和吸光材料的横向侧壁面上紧贴地设置第一吸光材料侧壁(6)。

3.根据权利要求1或2所述的分束器，其特征在于：所述衬底(1)为对入射光透明的材料，所述第一介质(2)为空气或对入射光透明的材料，所述第一金属(3)为Al，所述吸光材料为金属钨或碳化硼。

4.根据权利要求1所述的分束器，其特征在于：在纵向沿着所述第一金属(3)的上表面还等间隔的设置多个第二材料(5.a)构成第二光栅，所述吸光材料包括第一吸光材料(4.a)和第二吸光材料(5.b)，所述第一吸光材料(4.a)紧贴的设置在相邻的两个第二材料(5.a)中间间隔处的第一金属(3)的上表面和/或侧面；所述第二吸光材料(5.b)紧贴的设置在所述第二材料(5.a)的上表面；在相邻的第二材料(5.a)高出第一吸光材料(4.a)的空间填充第二介质(4.b)；所述的第二介质(4.b)的宽度满足使得磁场方向平行第一金属(3)线条方向的入射光的模式截止，所述第二光栅的光栅周期满足入射光工作波段的空气衍射角大于90度。

5.根据权利要求1所述的分束器，其特征在于：对同一条所述第一金属(3)上，在所述第二材料(5.a)的纵向侧壁面上紧贴的设置第二吸光材料侧壁(7)。

6.根据权利要求1所述的分束器，其特征在于：所述衬底(1)为对工作波段透明的材料，所述第一介质(2)和第二介质(4.b)为对入射光透明的材料，所述第一金属(3)为铝，所述第二材料(5.a)为铝、金属钨或二氧化硅，所述吸光材料为在工作波段表现为金属性的材料。

7.根据权利要求4所述的分束器，其特征在于：所述衬底(1)为对入射光透明的材料，所述第一介质(2)和第二介质(4.b)为空气或对入射光透明的材料，所述第一金属(3)为铝，所述第二材料(5.a)为铝、金属钨或二氧化硅，所述第一吸光材料(4.a)、第二吸光材料(5.b)为钨、砷化镓、碳化硼或其复合材料。

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