CN208520482U - 一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,包括热敏感线,所述热敏感线的左右两侧设置有正/负电极，所述热敏感线的上表面覆盖有金属膜，所述金属膜上设置有与水平方向倾斜的孔洞；该用于探测圆偏振光方向的光学热探测器，提高了对圆偏振光的敏感性，通过在热敏感线上覆盖金属膜，在金属膜上开孔，从而提高圆偏振光的吸收性，由于不同频率的圆偏振光，的吸收率不同，导致对热敏感线的电阻率影响不同，通过在热敏感线上连接外接电源，检测电流变化，就可以判断出圆偏振光的方向；该光学热探测器对不同频率的圆偏振光吸收频率不同，通过检测电流还可以调节圆偏振光的频率，使得吸收率最高的圆偏振光与该光学热探测器进行匹配。

Description

一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，具体涉及一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器。

背景技术

光电探测器的物理效应通常分为光子效应和光热效应，对应的探测器分别称为光子型探测器和光热型探测器。各种光子型探测器的共同特征是采用半导体能带材料，光子能量对探测材料中光电子的产生起直接作用，故光子型探测器存在截止响应频率或波长，且光谱响应限于某一波段，因此不同的材料体系决定了探测器具有不同的响应波长范围，一般难以用于宽谱或多谱段探测。对于光热型探测器，在吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，从而引起探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化，故光热效应与光子能量的大小没有直接关系，光热型探测器原则上对频率没有选择性。由于红外波段特别是中长波红外以上波段的光热效应相比紫外和可见光更明显，故光热探测器通常用于中长波光学辐射的探测，典型的光热型探测器包括微测辐射热计、热释电探测器和热偶探测器等种类。由于温度升高是热积累的作用，基于光热效应的热探测器一般响应速度较慢，在毫秒量级。

然而,现有的光热探测器主要是用来探测光的强度，主要的改进方向也体现在如何探测的光的强度方面；无法进行圆偏振光方向的探测。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是解决现有光热探测器无法进行圆偏振光方向的探测的问题。

为此，本发明提供了一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器, 包括热敏感线,所述热敏感线的左右两侧设置有正/负电极，所述热敏感线的上表面覆盖有金属膜，所述金属膜上设置有与水平方向倾斜的孔洞。

所述正/负电极与热敏感线之间还设置有导电板。

所述孔洞设置有多个，并且方形周期性排列。

所述孔洞的形状为长方形、正方形、三角形、圆弧形、锥形中的任意一种。

所述孔洞与水平方向的夹角α的角度为大于0°，小于90°，且不等于45°的角度。

所述孔洞与水平方向的夹角α的角度为22.5°。

所述孔洞设置有L形金属条。

所述L形金属条的两端与孔洞的两边连接，构成一长方形。

所述热敏感线材料包括VOx、Si、SiGe、YBCO或NiO。

使用上述用于探测圆偏振光方向的光学热探测器探测圆偏振光方向的方法，包括如下步骤：

a1、将热敏感线1的正/负电极4与外接电源进行电连接，以便检测热敏感线1两端的电信号(电流信号/电压信号)为后续判断圆偏振光的方向提供来依据；

b1、使用待测圆偏振光垂直入射金属膜，并记录通过金属膜的电流I1；

c1、使用待测圆偏振光穿过已知透射系数M的半波片后，垂直入射金属膜，并记录通过金属膜的电流I2；

d1、根据电流I1与电流I2/M的大小,以便判断待测圆偏振光的方向。

本发明的有益效果：本发明提供的这种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器，提高了对圆偏振光的敏感性，通过在热敏感线上覆盖金属膜，在金属膜上开孔，从而提高圆偏振光的吸收性，由于不同频率的圆偏振光，的吸收率不同，导致对热敏感线的电阻率影响不同，通过在热敏感线上连接外接电源，检测电流变化，就可以判断出圆偏振光的方向；另一方面，不同频率的圆偏振光吸收频率不同，通过检测电流还可以调节圆偏振光的频率，使得吸收率最高的圆偏振光与该光学热探测器进行匹配。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是用于探测圆偏振光方向的光学热探测器示意图。

图2是用于探测圆偏振光方向的光学热探测器示意图二。

图3是用于探测圆偏振光方向的光学热探测器示意图三。

图4是孔洞倾斜角示意图。

图5是用于探测圆偏振光方向的光学热探测器示意图四。

图6是孔洞结构示意图。

图7是孔洞为长方形的圆偏振光的吸收曲线示意图。

图8是孔洞为长方形的圆二色性曲线示意图。

图9是孔洞为带金属条的长方形的圆偏振光的吸收曲线示意图。

图10是孔洞为带金属条的长方形的圆二色性曲线示意图。

图中：1、热敏感线；2、孔洞；3、金属膜；4、正/负电极；5、导电板；6、L形金属条。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

为了解决现有光热探测器无法进行圆偏振光方向的探测的问题。本发明提供了一种如图1用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,包括热敏感线1,所述热敏感线1的左右两侧设置有正/负电极4，该正/ 负电极4用于接入外接的探测电源，从而提供圆偏振光探测所需的电源；所述热敏感线1的上表面覆盖有金属膜3，所述金属膜3上设置有与水平方向倾斜的孔洞2。

所述金属膜3为金或银形成的光吸收层，该金属膜3不仅要有很好的光吸收性能，金属膜3上设置有孔洞2，金属膜3的厚度在0～ 100nm，具体可根据所要检测的圆偏振光的强度进行选择。这样，圆偏振光入射的时候，能够产生不同的吸收率，从而导致热敏感线1两端的加载电源通过热敏感线1后的电流有所不同，通过检测电流的大小，来判断圆偏振光是左旋圆偏振光，还是右旋圆偏振光。

进一步的，所述正/负电极4与热敏感线1之间还设置有导电板 5，这样可以使得正/负电极4加载在热敏感线1两端的电压形成稳定的电流，确保正/负电极4与热敏感线1电连接更加的充分。

如图2所示，所述孔洞2设置有多个，并且周期性排列，这样可以提高圆偏振光穿过金属膜3所激发的表面等离激元效应，更有利于提高圆偏振光的吸收，使得外接电源加载在热敏感线1两端的电流变化更加明显，从而使得圆偏振光方向判断更加的准确。

所述孔洞2的形状为长方形、正方形、三角形、圆弧形、锥形中的任意一种，不同形状的孔洞对圆偏振光的吸收率影响不同，选择具体形状的孔洞2，根据圆偏振光的特性进行选择，本实施例以长方形的纳米孔洞为例；所述孔洞2与水平方向的夹角α的角度为大于0°，小于90°，且不等于45°的角度，如图4所示，图2所示的的孔洞 2与水平方向的夹角α的角度为30°。

所述热敏感线1材料包括VOx、Si、SiGe、YBCO或NiO；热敏感线1的材料的要求是对于热效应能够发生电阻率变化，上述的材料一般具有比较高的电阻温度系数(TCR)，其绝对值大于1％/℃；另外，现有的热释电材料、热电偶等现有可感知热量变化的其他热敏感材料同样可以作为热敏感线1的制作材料。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图3所示的用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,包括热敏感线1,所述热敏感线1的左右两侧设置有正/负电极4；所述热敏感线1的上表面覆盖有金属膜3，所述金属膜3上设置有孔洞2，所述孔洞2与水平方向的夹角α的角度为22.5°，孔洞2的尺寸为长400nm,宽200nm,如图7所示为左旋圆偏振光、右旋圆偏振光的吸收率示意图，图8所示为圆二色性曲线示意图；在波长λ＝670nm的时候，圆二色性取得极致，也就是说，在圆偏振光的波长λ＝670nm时，使用本实施例所述的用于探测圆偏振光方向的光学热探测器进行方向确认的效果是最准确的、最明显的。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图5所示用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,包括热敏感线1,所述热敏感线1的左右两侧设置有正/负电极4；所述热敏感线1的上表面覆盖有金属膜3，所述金属膜3上设置有孔洞2，所述孔洞2内设置有L形金属条6，所述L形金属条6的两端与孔洞2的两边连接，构成一长方形；如图6所示，孔洞2的尺寸为长400nm,宽200nm,L形金属条6的宽度为30nm,L形金属条6的一边长200nm，另一边长120nm，如图9所示为左旋圆偏振光、右旋圆偏振光的吸收率示意图，图10所示为圆二色性曲线示意图；在波长λ＝770nm的时候，圆二色性取得极致，也就是说，在圆偏振光的波长λ＝770nm时，使用本实施例所述的用于探测圆偏振光方向的光学热探测器进行方向确认的效果是最准确的、最明显的。

实施例4

使用上述实施例所述的用于探测圆偏振光方向的光学热探测器探测圆偏振光方向的方法，包括如下步骤：

a1、将热敏感线1的正/负电极4与外接电源进行电连接，以便检测热敏感线1两端的电信号(电流信号/电压信号)为后续判断圆偏振光的方向提供来依据；

b1、使用待测圆偏振光垂直入射金属膜3，并记录通过金属膜3 的电流I1；

c1、使用待测圆偏振光穿过已知透射系数M的半波片后，垂直金属膜3，并记录通过金属膜3的电流I2；

d1、根据电流I1与电流I2/M的大小,以便判断待测圆偏振光的方向。

具体的说，该用于探测圆偏振光方向的光学热探测器的手性是已知的，其判断圆偏振光的结果如下表所示：

最后，需要说明的是，上述判断圆偏振光的结果，是基于热敏感线1的电阻与温度是正系数关系，即热敏感线1的电阻值随温度升高而变大的情况；如果热敏感线1的电阻与温度是负系数关系，即热敏感线1的电阻值随温度升高而变小的情况，则结果刚好相反。

综上所述，本实施例提供的这种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器，提高了对圆偏振光的敏感性，通过在热敏感线1上覆盖金属膜，在金属膜3上开孔，从而提高圆偏振光的吸收性，由于不同频率的圆偏振光，的吸收率不同，导致对热敏感线1的电阻率影响不同，通过在热敏感线1上连接外接电源，检测电流变化，就可以判断出圆偏振光的方向；另一方面，不同频率的圆偏振光吸收频率不同，通过检测电流还可以调节圆偏振光的频率，使得吸收率最高的圆偏振光与该光学热探测器进行匹配。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,其特征在于:包括热敏感线(1),所述热敏感线(1)的左右两侧设置有正/负电极(4)，所述热敏感线(1)的上表面覆盖有金属膜(3)，所述金属膜(3)上设置有与水平方向倾斜的孔洞(2)。

2.如权利要求1所述的一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,其特征在于:所述正/负电极(4)与热敏感线(1)之间还设置有导电板(5)。

3.如权利要求1所述的一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,其特征在于:所述孔洞(2)设置有多个，并且方形周期性排列。

4.如权利要求1或3所述的一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,其特征在于:所述孔洞(2)的形状为长方形、正方形、三角形、圆弧形、锥形中的任意一种。

5.如权利要求1或3所述的一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,其特征在于:所述孔洞(2)与水平方向的夹角α的角度为大于0°，小于90°，且不等于45°的角度。

6.如权利要求5所述的一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,其特征在于:所述孔洞(2)与水平方向的夹角α的角度为22.5°。

7.如权利要求1或3所述的一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,其特征在于:所述孔洞(2)设置有L形金属条(6)。

8.如权利要求7所述的一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器,其特征在于:所述L形金属条(6)的两端与孔洞(2)的两边连接，构成一长方形。

9.如权利要求1所述的一种用于探测圆偏振光方向的光学热探测器，其特征在于：所述热敏感线(1)材料包括VOx、Si、SiGe、YBCO或NiO。