一种斜十字形光学偏振器及其调节方法技术

本发明专利技术涉及一种光学器件，具体涉及一种斜十字形光学偏振器及其调节方法，由多个结构相同的纳米周期单元按矩形周期阵列排布构成，每个周期单元包括一个结构单元，结构单元为方形体；结构单元由贵金属材料制成，每个结构单元中间设有一斜“十”字形通孔，在结构单元平面内，第二缝隙两端分别设有第一金属块和第二金属块；第一金属块和第二金属块均由金属镁制成。本发明专利技术斜十字形光学偏振器结构可以通过镁金属吸氢脱氢从完全金属到完全介质的转化，达到调节光学偏振器的非对称传输特性的目的，调节方法简单方便，为光学偏振器的设计提供了一种新的思路。

An oblique cross optical polarizer and its adjustment method

The invention relates to an optical device, in particular to an oblique cross-shaped optical polarizer and its adjusting method, which is composed of a plurality of nano-periodic units with the same structure arranged in a rectangular periodic array, each of which comprises a structural unit with a square structure unit, and a structural unit made of precious metal materials, each of which is composed of a rectangular periodic array. A diagonal \ten\ shaped through hole is arranged in the middle of the structural unit, and the first metal block and the second metal block are respectively arranged at the two ends of the second gap in the structural unit plane. The structure of the oblique cross optical polarizer can be transformed from a complete metal to a complete medium by hydrogen absorption and dehydrogenation of magnesium metal, so as to adjust the asymmetric transmission characteristics of the optical polarizer. The adjustment method is simple and convenient, and provides a new idea for the design of the optical polarizer.

【技术实现步骤摘要】
一种斜十字形光学偏振器及其调节方法
本专利技术属于光学器件
，具体涉及一种斜十字形光学偏振器及其调节方法。
技术介绍
非对称传输（AsymmetricTransmission，AT）是指传输系统对沿不同传输方向入射的电磁波表现出不同的转化性能。如图1（a）所示，对于一个极化转换非对称传输系统A来说，从系统A正面入射的左旋光（leftcircularlypolarized，LCP）经过系统A后，接收到的右旋光（rightcircularlypolarized，RCP）的透射率为，从系统A背面入射的左旋光经过系统A后接收到的右旋光的透射率为。其中箭头方向表示从传输系统的正面或背面入射，下标“-”表示入射光为左旋光，“+”表示出射光为右旋光。一个偏振态光的总透射率为：,.则对于系统A极化转换的非对称传输可以表示为：又通过洛伦兹变化：，=得到：上述表达式表明沿圆偏振光入射-z方向激发的非对称传输的值和在+z方向激发的非对称传输的值相反。为了清楚和明确的表述，在本专利技术中我们规定圆偏振光沿-z方向入射。其表示的物理意义如图1（b）所示，从正面入射到系统A的左旋光，经过系统A后转换为的右旋光，与从正面入射到系统A的右旋光，经过系统A后转换为的左旋的转换率是不同的。对于从背面入射时非对称传输的值是相同的。传统实现非对称传输的系统通常利用的是互易材料或器件制成的，电磁波同样具有互易性，即电磁波的传播路径的可逆性。对于非对称传输来说，其包括很多内容，如透射强度、旋光度、以及极化转换等。而大多数可以实现极化转换的非对称传输光学系统都为多层结构，大多利用层与层之间的耦合作用来实现对于不同偏振的电磁波进行转化。对于这些双层或多层结构每一层来说，他们并不具备手性，但由于层与层之间存在旋转角，使得整个结构具备了手性。对于这种多层的手性结构一般都具备良好的非对称传输特性，但是由于其结构复杂，在实验中一般都难以制备，实际生产制造难度更大。单层手性结构也具备极化转换的非对称传输特性，并且制备方法相对于双层和多层结构都比较容易。对于平面手性结构，大多数只将重心放在了解释造成对于不同极化转换率时，电荷或电流的不同分布，而对于不同的极化转化模式的调控并没有进行细致的研究。通常改变一个结构的几何参数时，其极化转换及对应的非对称传输光谱的共振位置及强度，但对于左右旋两种偏振光的极化转换的相对大小的调节即非对称传输信号的正负几乎没有影响。而且一种特定的结构只能实现或者产生某一特定的模式，无法实现在一定程度上的调节，若要改变模式或者生成一种新的模式就需要重新制作新的结构，制作周期长，劳动成本高。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的双层或者多层结构制备复杂，单层手性结构的AT信号小，偏振光的极化转换特性调节的问题，本专利技术提供了一种斜十字形光学偏振器及其调节方法，该结构可以通过控制第一金属块和第二金属块的材料状态来调节非对称传输模式的大小和位置，及其非对称传输信号符号的转化。该结构可一体成型，后期使用时只需要根据需要进行吸氢脱氢作用即可实现对该结构非对称传输特性的调节，制备和调节方法简单方便，易于操作。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种斜十字形光学偏振器，由多个结构相同的纳米周期单元按矩形周期阵列排布构成；所述每个周期单元包括一个结构单元；所述结构单元为方形体；所述结构单元由贵金属材料制成；所述每个结构单元中间设有一斜“十”字形通孔；所述斜“十”字形通孔由第一缝隙和第二缝隙相互交叉构成；所述第二缝隙与y方向平行；所述第二缝隙沿y方向上下贯通；在所述结构单元平面内，所述第二缝隙两端分别设有第一金属块和第二金属块；所述第一金属块和第二金属块均由金属镁制成。进一步地，所述第一缝隙与x方向具有一夹角α；所述斜“十”字形通孔第一缝隙与x方向夹角α为锐角。进一步地，所述第一金属块和第二金属块均为直角梯形；所述第一金属块和第二金属块的直角梯形斜边均与所述第一缝隙互相平行。进一步地，所述斜“十”字形通孔第一缝隙宽度d1与第二缝隙宽度d2相等；所述第一金属块和第二金属块的高度h和所述第二缝隙宽度d2相等；所述第一金属块和第二金属块与所述结构单元的厚度均相等。进一步地，所述光学偏振器的非对称传输特性的调节方法，包括以下步骤：步骤1，在室温下，将所述光学偏振器置于充满氢气的密闭装置中，加入催化剂钯，静置30min以上，所述第一金属块和所述第二金属块的金属镁与氢气发生氢化反应生成氢化镁，也就等同于介质，使得所述光学偏振器的结构发生改变，其非对称传输特性也随之发生变化；步骤2，在室温下，将氢化后的光学偏振器置于氧气环境中，氢化镁发生氧化脱氢反应，所述第一金属块和所述第二金属块还原为金属镁，所述光学偏振器的非对称传输特性还原至初始；通过上述步骤1和步骤2的转换，即可实现所述光学偏振器非对称传输信号的调节。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本专利技术光学偏振器为平面结构，具有平面手性，对不同圆偏光可以产生不同的极化转换率，相比于其他平面结构产生较大的非对称传输信号，最大可以达到AT=27%，而且结构简单，相对于双层和多层手性结构的制备都比较容易，具有很强的推广和应用价值。2.本专利技术光学偏振器为平面手性结构，圆偏振光通过该结构可以获得多种偏振态的光，即出射光中有左旋圆偏振光、右旋圆偏振光、线偏振光以及椭圆偏振光，再通过其他结构如偏振片可以获得其中任意一种偏振态的光，并加以利用。3.本专利技术光学偏振器金属镁发生吸氢脱氢作用，通过镁（金属）到氢化镁（介质）的转化实现对第一金属块和第二金属块状态的转化，改变缝隙间的电流方向，从而完成对本专利技术光学偏振器的非对称传输特性的调节，如改变AT强度、共振位置及实现手性反转，改变偏振特性转化符号等，操作简单方便，这一结果不仅对今后设计光学偏振器具有一定的设计指导作用，更为其他光学器件的设计提供了一种新的研究方向和思路。4.本专利技术光学偏振器中平面手性结构可一体成型，制备工艺简单快捷，在后期使用时只需要根据需要进行吸氢脱氢作用即可实现对该结构非对称传输特性的调节，制备工艺和使用方法简单方便，易于操作。5.本专利技术光学偏振器中使用金属镁，金属Mg价廉易得，MgH2包含高达7.6%质量分数的氢，超越所有可知的可逆金属氢化物，Mg在紫外和蓝色可见光波段具有优越的消光效能，可以产生高频等离激元，这是其他金属所不具备的性能。附图说明图1是极化转换的非对称传输原理示意图；图2是本专利技术光学偏振器示意图；图3是本专利技术光学偏振器结构立体示意图；图4是本专利技术光学偏振器在吸氢脱氢前后的非对称传输转化光谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：如图2和如3所示，一种斜十字形光学偏振器，由多个结构相同的纳米周期单元按矩形周期阵列排布构成，每个周期单元包括一个结构单元，结构单元为方形体，结构单元由贵金属材料制成，本实施例优选为金材料。每个结构单元中间设有一斜“十”字形通孔，斜“十”字形通孔由第一缝隙1和第二缝隙2相互交叉构成，第二缝隙2与y方向平行，第二缝隙2沿y方向上下贯通，在结构单元平面内，第二缝隙2两端分别设有第一金属块3和第二金属块4，第一金属块3和第二金属块4均由金属镁制成。本实施例中的光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种斜十字形光学偏振器，由多个结构相同的纳米周期单元按矩形周期阵列排布构成；其特征在于：所述每个周期单元包括一个结构单元；所述结构单元为方形体；所述结构单元由贵金属材料制成；所述每个结构单元中间设有一斜“十”字形通孔；所述斜“十”字形通孔由第一缝隙（1）和第二缝隙（2）相互交叉构成；所述第二缝隙（2）与y方向平行；所述第二缝隙（2）沿y方向上下贯通；在所述结构单元平面内，所述第二缝隙（2）两端分别设有第一金属块（3）和第二金属块（4）；所述第一金属块（3）和第二金属块（4）均由金属镁制成。

【技术特征摘要】
1.一种斜十字形光学偏振器，由多个结构相同的纳米周期单元按矩形周期阵列排布构成；其特征在于：所述每个周期单元包括一个结构单元；所述结构单元为方形体；所述结构单元由贵金属材料制成；所述每个结构单元中间设有一斜“十”字形通孔；所述斜“十”字形通孔由第一缝隙（1）和第二缝隙（2）相互交叉构成；所述第二缝隙（2）与y方向平行；所述第二缝隙（2）沿y方向上下贯通；在所述结构单元平面内，所述第二缝隙（2）两端分别设有第一金属块（3）和第二金属块（4）；所述第一金属块（3）和第二金属块（4）均由金属镁制成。2.根据权利要求1所述的光学偏振器，其特征在于：所述第一缝隙（1）与x方向具有一夹角α；所述斜“十”字形通孔第一缝隙（1）与x方向夹角α为锐角。3.根据权利要求2所述的光学偏振器，其特征在于：所述第一金属块（3）和第二金属块（4）均为直角梯形；所述第一金属块（3）和第二金属块（4）的直角梯形斜边均与所述第一缝隙（1）互相平行。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文静，
申请(专利权)人：西安柯莱特信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61