CN203616497U

CN203616497U - 亚波长光栅偏振器

Info

Publication number: CN203616497U
Application number: CN201320816327.7U
Authority: CN
Inventors: 王中飞; 张大伟; 唐庆勇; 王�琦; 黄元申; 倪争技
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2023-12-11

Abstract

本实用新型提供了一种亚波长光栅偏振器，包括光栅部和至少具有两个相对向的表面的基底部，其特征在于：其中，光栅部具有多个光栅单元，光栅单元至少分布在一个表面上,光栅单元具有多层台阶层，随着台阶层数的增加每层台阶层的占空比呈规律性变化。与传统的亚波长金属光栅偏振器相比，本实用新型所提供的亚波长光栅偏振器在近红外波段透过率最大可提高约15%，同时对应的消光比大于目前公认消光比阈值C=20dB，符合偏振器消光比的要求。

Description

亚波长光栅偏振器

技术领域

本实用新型属于光学器件领域，具体涉及一种能够增加偏振光透过率的亚波长光栅偏振器。

背景技术

光栅作为一种常用的光学元件，在各类光学系统中起着重要的作用。自20世纪80年代V.V.Nevdakh等研究了光栅的偏振特性后，亚波长偏振光栅以良好的偏振特性、体积小及易于集成等特点成为近年来的研究热点。理论和实验都表明，当光栅周期接近或者小于入射光波长时，光栅将表现出较强的偏振特性。利用光栅的偏振特性，可以制作各种偏光器件，如偏振器、偏振分束器、偏振型彩色滤光片等。此外，具有偏振特性的光栅还广泛的应用在光纤通讯、液晶显示、偏振LED和偏振成像等领域。

传统的偏振器大都由具有双折射特性的天然晶体或具有偏振选择特性的膜结构制作而成。例如波片可通过解理石英或云母晶体而制成。但这些传统的偏振器的偏振光透过率较弱，虽然随着集成波片级数的增加可增加偏振光的透过率，但厚度也随之增大，从而使其对波长和温度极其敏感。因此，如何在保持适当光栅槽深的情况下提高光栅偏振器的偏振光透过率成为目前偏振器研究的一个难点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种亚波长光栅偏振器，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型所提供的亚波长光栅偏振器包括光栅部和至少具有两个相对向的表面的基底部,其特征在于：其中，光栅部具有多个光栅单元，光栅单元至少分布在一个表面上,光栅单元具有多层台阶层，随着台阶层数的增加每层台阶层的占空比呈规律性变化。

另外，本实用新型所提供的亚波长光栅偏振器还可以具有这样的特征：其中，光栅单元分布在两个相对向的表面上。

另外，本实用新型所提供的亚波长光栅偏振器还可以具有这样的特征：其中，光栅单元的光栅槽深选自100-400nm中任意数值，优选200nm。

另外，在本实用新型所提供的亚波长光栅偏振器还可以具有这样的特征：其中，光栅单元具有至少一个金属薄片。

实用新型的作用与效果

根据本实用新型所提供的亚波长光栅偏振器，由于光栅单元具有多层台阶层，台阶层的占空比向着基底部方向呈规律性变化，从而使得该偏振器的偏振光透过率显著增加，光学性能显著优化。

附图说明

图1是对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的结构示意图；

图2是对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的偏振光透过率、消光比与占空比的曲线图；

图3是实施例一所提供的亚波长光栅偏振器的结构示意图；

图4是实施例一所提供的亚波长光栅偏振器与对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的偏振光透过率的曲线图；

图5是实施例一所提供的亚波长光栅偏振器与对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的消光比的曲线图；

图6是实施例二所提供的亚波长光栅偏振器与对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的偏振光透过率的曲线图；

图7是实施例三所提供的亚波长光栅偏振器与对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的偏振光透过率的曲线图；以及

图8是实施例四所提供的亚波长光栅偏振器的偏振光透过率与台阶层数的曲线图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型所涉及的亚波长光栅偏振器的具体实施形态做具体说明。

<对比实施例>

图1是对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的结构示意图。

如图1所示，本对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器1包括材料为K9玻璃的基底部2和位于基底部2的一个表面上的光栅部3，光栅部3的光栅周期p为200nm，光栅槽深h为60nm。光栅部3包括多个光栅单元4，光栅单元4为单层的矩形铝薄片，薄片的占空比f=ω/p，式中ω为铝薄片的线宽。入射光从下到上垂直入射。

图2是对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的偏振光透过率、消光比与占空比的曲线图。

假设入射光的波长为550nm，随着占空比从0至1逐渐增加，如图2所示，TM偏振光透过率逐渐降低，消光比随占空比的增加先增加后急剧减小。

因此，对于固定周期的金属光栅来说，随占空比的变化，偏振光透过率与消光比是一对矛盾量，无法同时提高消光比和偏振光透过率。

<实施例一>

图3是实施例一所提供的亚波长光栅偏振器的结构示意图。

如图3所示，本实施例一所提供的亚波长光栅偏振器10包括基底部11和位于基底部11的一个表面上的光栅部12。光栅部12的光栅周期为200nm，光栅槽深为200nm，光栅部12包括多个光栅单元13，光栅单元13具有高度相同的四层台阶层，分别为第一台阶层14、第二台阶层15、第三台阶层16和第四台阶层17。其中，第一台阶层14的占空比为0.0625，第二台阶层15的占空比为0.125，第三台阶层16的占空比为0.25，第四台阶层17的占空比为0.5，从上到下每个台阶层的占空比依次增加。入射光波长范围是760nm-2500nm，从下向上垂直入射。

图4是实施例一所提供的亚波长光栅偏振器与对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的偏振光透过率的曲线图。

如图4所示，在近红外波段，随入射波长的增加，本实施例一所提供的亚波长光栅偏振器的TM偏振光透过率远远大于对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器。其中，入射波长在1000nm-1500nm之间时，实施例一所提供的亚波长光栅偏振器的TM偏振光最高透过率可增加约15%。

图5是实施例一所提供的亚波长光栅偏振器与对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器消光比的曲线图。

如图5所示，在近红外波段，虽然实施例一所提供的亚波长光栅偏振器的消光比小于对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器，但是仍高于目前公认的消光比阈值C=20dB，所以实施例一所提供的亚波长光栅偏振器在近红外波段完全符合偏振器消光比的要求。

<实施例二>

本实施例二所提供的亚波长光栅偏振器具有基底部和位于基底部一个表面上的光栅部，光栅部的光栅槽深为100nm，光栅周期为200nm。光栅部具有多个光栅单元，每个光栅单元具有高度相同的四层台阶层，每层台阶层的占空比从上到下分别是0.0625，0.125，0.25，0.5。入射光波长范围是760nm-2500nm，从下向上垂直入射。

图6是实施例二所提供的亚波长光栅偏振器与对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的偏振光透过率的曲线图。

如图6所示，实施例二所提供的亚波长光栅偏振器的TM偏振光透过率大于对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器。

<实施例三>

本实施例三所提供的亚波长光栅偏振器具有基底部和位于基底部一个表面上的光栅部，光栅部的光栅槽深为400nm，光栅周期为200nm。光栅部具有多个光栅单元，每个光栅单元具有高度相同的四层台阶层，每层台阶层的占空比从上到下分别是0.0625，0.125，0.25，0.5。入射光波长范围是760nm-2500nm，从下向上垂直入射。

图7是实施例三所提供的亚波长光栅偏振器与对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器的偏振光透过率的曲线图。

如图7所示，实施例三所提供的亚波长光栅偏振器的TM偏振光透过率在近红外的其中一段波长范围内（1600nm-2500nm）大于对比实施例所提供的亚波长金属光栅偏振器。

<实施例四>

本实施例四所提供的亚波长光栅偏振器具有基底部和位于基底部一个表面上的光栅部。光栅部的光栅槽深为200nm，光栅周期为200nm。光栅部具有多个光栅单元，光栅单元的每层台阶层的高度相同，占空比呈规律性变化。分别测定光栅单元具有1层台阶层、2层台阶层、3层台阶层和4层台阶层时本实施例所提供的亚波长光栅偏振器的偏振光透过率。入射光波长范围是760nm-2500nm，从下向上垂直入射。

如图8所示，在一定的光栅槽深条件下，实施例四所提供的亚波长光栅偏振器的TM偏振光透过率随台阶层数的增加而增强。

实施例的作用与效果

根据实施例一至四所提供的亚波长光栅偏振器，由于光栅单元具有多层台阶层，台阶层的占空比向着基底部方向呈规律性变化，从而使得该偏振器的偏振光透过率显著增加。

另外，实施例一至四所提供的亚波长光栅偏振器的消光比符合国际要求。

另外，根据实施例一至四所提供的亚波长光栅偏振器，当光栅槽深一定时，随着台阶层数增加，偏振光透过率增加。

当然本实用新型所涉及的亚波长光栅偏振器并不仅仅局限于上述实施例一至四中的结构。以上内容仅为本实用新型构思下的基本说明，而依据本实用新型的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本实用新型的保护范围。

另外，本实用新型所涉及的光栅槽深除了是实施例一至四中的100nm、200nm和400nm，还可以是100-400nm中的其它数值，优选200nm。

另外，本实用新型所涉及的亚波长光栅偏振器的光栅单元并不限于一个金属薄片，还可以由多个金属薄片构成。

另外，本实用新型所涉及的入射光的入射方向除了是实施例一至四中的从下到上垂直入射，还可以是从上带下垂直入射。

Claims

1.一种亚波长光栅偏振器，包括光栅部和至少具有两个相对向的表面的基底部，其特征在于：

其中，所述光栅部具有多个光栅单元，所述光栅单元至少分布在一个所述表面上，

所述光栅单元具有多层台阶层，随着台阶层数的增加每层所述台阶层的占空比呈规律性变化。

2.根据权利要求1所述的亚波长光栅偏振器，其特征在于：

其中，所述光栅单元分布在两个相对向的所述表面上。

3.根据权利要求1或2所述的亚波长光栅偏振器，其特征在于：

其中，所述光栅单元的光栅槽深为100-400nm中的任意数值。

4.根据权利要求1或2所述的亚波长光栅偏振器，其特征在于：

其中，所述光栅单元具有至少一个金属薄片。