光学超偏振器器件制造技术

一种光学超偏振器器件，该器件偏振光，同时减少与传统偏振器相关联的吸收性或反射性损耗。该超偏振器器件透射一种极性的光，并旋转另一种极性的光，以便其更接近被透射的极性。结果，虽然离开超偏振器器件的光被高度偏振，但该器件的总透射率可远超过５０％，并可接近理论极限的１００％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
该技术涉及光的偏振，其比通常相关的吸收性或反射性偏振器具有较小衰减。
技术介绍
1.
目前全世界使用的大多液晶器件使用吸收性偏振器，其通过吸收而衰减略高于通 过其中的50%的光。通常它们是Polaroid膜，例如，由沿一个轴线拉伸的浸碘聚合物制成 的膜。2.相关技术的描述反射而非吸收红外光的线栅偏振器(WGP)自20世纪60年代已经被描述，如在授 予Sriram等人的美国专利No. 4，512，638中。这样的器件由在透明衬底上紧密间隔的平行 金属线的亚波长级(sub-wavelength scale)矩阵组成，以便碰撞线的一种线性极性的光被 反射，而相反线性极性的光透射穿过该衬底。随着20世纪90年代和21世纪初，纳米级光 刻术的出现，开始能够生产宽带线栅偏振器，其能够偏振并反射所有直到可见波长和紫外 波长，用于高端光学器件、投影LCD视频显示器、以及激光技术，如授予Perkins等人的美国 专利 No. 6，122，103 和 6，288，840 中所描述。近来提出了结合层状聚合物分布的布拉格反射器(DBR)与拉伸聚合物偏振器的 特性的低成本反射性偏振器膜。这样的反射性偏振器用于视频显示器，从而通过再捕获而 非吸收衰减的光来增强亮度，如授予Weber等人的美国专利No. 7，038，745和授予Verrall 等人的美国专利No. 6，099，758所描述。这样的反射性偏振器可呈现镜面反射，如在镜中， 或漫反射，如在白漆涂层中，或这两者的组合。此外，反射性偏振器可由某些类型的液晶制成。然而，线栅偏振器和拉伸聚合物偏 振器都是线性偏振，这些液晶偏振器(LCP)通常是圆偏振。因此，一圆偏振(即，右手性或 左手性)的光被透射，而相反圆偏振的光被吸收或反射。各种类型的反射性偏振器是基于液晶的视频显示器和热反射性光学滤光器的部 件。通常，这些是线性而非圆偏振器，因为使用圆偏振器更难以实现高对比率和宽视角。此外，有许多极性(polarity)旋转材料的例子，也就是所谓的“延迟器 (retarder) ”或“波块(waveblock) ”或“波片(wav印late) ”。在某些情形中，有结构化的器 件，如扭曲向列液晶晶胞或液晶聚合物，但更经常地它们仅是双折射材料，即，呈现方向相 关的折射率的材料。这样的器件通常在一定范围波长上作用，且在该范围内，在光的所有极 性上同等操作，并可逆作用，从而在一个方向穿过的光子可顺时针方向旋转，而在相反方向 穿过的光子可逆时针方向旋转。相比，“Faraday旋转器”以非可逆方式旋转光的偏振。换 句话说，在一个方向上穿过Faraday旋转器且然后在其他方向上反射回的光子经历双重旋 转而非浄零旋转(net-zero rotation)。然而，即使非常有效的Faraday旋转器材料，如铽 镓石榴石，要求强磁场和长光程，以便实现有意义的旋转，这使得其对大多应用都是不实用 的。存在具有亚波长特征的“超材料(metamaterial) ”或纳米结构材料的其他例子， 其与光波以这样的方式干涉，即超材料的“有效介电常数”为ε eff，“有效磁导率”为Prff，且“有效折射率”为Iirff，且因此“波阻抗” ^ = ,P-，这些与制成超材料的物质的相应量完全不同。根据器件的结构(特别是具有电感和电容性质的特征)，这些参数甚至可同时是负 的——这不会在天然材料中发生。因此，使用超材料，可以构建“违背”经典光学“定律”的 器件，包括实现比经典衍射极限高得多的分辨率，并延伸近场特征到远场。然而，超材料通 常仅在ε eff和μ eff具有相同符号时是透射性的，即“双正”(可替换地，“右手性”或“正指 数”)和“双负”(可替换地，“左手性”或“负指数”)材料一定程度上是透射性的，然而“单 一正”材料是不透光的。这样的超材料的器件的一个例子是平面微波天线，其基于曲折线 (meander line)或空间填充曲线具有负ε禾口 μ。参见BarbagalIo，S.等人的“Synthesis of novel metamaterials”，第二章(VDM Verlag 2008)。其他示例性超材料基于周期性加载串联电容器和分路电感器的透射线 (transmission line)形貌。参见 Iyer, "Negative refraction metamaterials”，第一 章，(Wiley 2005)。该结构使得能够通过调整透射线内每个周期单位晶胞的电容值和电感 值，来控制ε eff> μ rff、和nrff为正值、负值、或混合值，并且通过调整单位晶胞的尺寸来调整 器件工作的波长范围。一种“等离子体激元纳米线复合超材料”被描述为由在介电衬底上 或其内分布的金属纳米线段组成，要么随机要么周期性，且要么单独地要么成对地。参见 "Negative refraction metamaterials”，第八章，Sarychev 等人(Wiley 2005)。根据线段 的长度、直径、密集度、和间隔，对于给定范围的波长，复合材料的、ff、Peff、和nrff可调整 为正值、负值、或混合值。由透明介电衬底上金属线的平面布置所组成的各种平面、对角对称的“单位晶 胞(unit cell)”或“颗粒”或“人工原子”，当将其布置在规则的两维阵列中时，得到具有 各种特性(包括在一定波长范围上的负介电常数)的超材料。参见Padilla，W. J.等人 StJ "Electrically resonant terahertzmetamaterials :Theoretical and experimental investigations”，Physical ReviewB 75,041102 (R) (2007)。这些特性主要取决于单位晶胞 的尺寸和间隔，并其次取决于单位晶胞的形状。通常，这些单位晶胞的尺寸在其工作的波长7的六分之一与二十分之一之间。￡rff和Prff的失配值(S卩，一个参数接近自由空间的参数，而另一个具有大的正 值或负值)可通过以不同量移位其电相位和磁相位来旋转光子的极性。因此，该类型的超 材料可用作一种波块，即将特定波长范围内的光子的极性跨特定距离旋转特定量的器件。 这些效果是频率相关的，且可通过设计设置各种频率响应。此外，可将超材料设计为根据入射光的极性，有效介电常数、磁导率、和折射率 (因此整个光学特性)不同。这样的设计的一个例子是手性平面结构，该结构由透明衬底 上铝纳米线的“鱼鳞”图案组成。参见Fedotov，V. Α.等人的“Asymm etric propagation of electromagnetic wavesthrough a planar chiral structure，，， Physical Review Letters 97,167401, (2006年10月17日)。本质上，该结构是线栅偏振器类型，但其反射 和透射圆偏振光，而非线偏振光。因为根据偏振器被观察的表面，对于混合的、随机极性光 (如太阳光)，其手性性质不同，该结构具有非对称透射性的额外特性，即其对一个方向上 通过其中的光比另一个方向上通过的光的更具透射性。另一个例子是双层超材料，其能够以类似于延本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于偏振光的方法，包括：使光穿过对于第一轴线与对于第二轴线具有不同的表观电容和表观电感的亚波长特征的结构，其中，所述光的具有第一极性的部分在所述结构中碰到有效介电常数和有效磁导率，该有效介电常数和该有效磁导率类似于对具有所述第一极性的光没有显著影响的自由空间的有效介电常数和有效磁导率，以及所述光的具有第二极性的部分在所述结构中碰到大的有效介电常数和小的有效磁导率，由此所述第二极性的光的电场与所述第二极性的光的磁场成比例地相移，并由此将所述第二极性旋转地移位到更靠近于所述第一极性定向的第三极性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：威尔·麦卡锡，
申请(专利权)人：雷文布里克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US