亚波长矩形环阵列四分之一波片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种亚波长矩形环阵列四分之一波片及其制作方法，该波片包括SiO2基片及位于所述基片上的银膜，银膜由若干周期性的二维环形孔径阵列构成，二维环形孔径中相邻的两个孔径长度L1、L2相等、宽度W1、W2不等，当入射的线偏振光以偏振方位角从基片下方入射时，通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的位相满足或并且当时，振幅分量Ex、Ey相等。本发明专利技术提供的等离子1/4波片结构简单、易于集成，在光学传感系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中，具有很大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学元件
，特别是涉及一种。
技术介绍
在光的研究与应用领域，控制光的偏振态是至关重要的。到目前为止，广泛使用的控制光的偏振态器件大多都是利用双折射晶体材料，当光入射到双折射晶体时，由于两个正交方向的光轴具有不同的折射率，因此透射光会在这两个正交方向上会产生位相差，从而实现光的偏振态可控的特性。目前，对于透射光场的超透过这种特殊现象，许多课题组已经做了大量研究，结果表明，含有纳米量级尺寸孔径的亚波长周期性金属结构能够激发表面等离子激元共振，从而实现光的超透过。Klein et al更进一步的研究证明光的超透过 现象与亚波长结构的孔径效应有很大关系，这是由于金属膜上的孔径能够激发局域表面等离子(LSP)共振，而光谱的LSP共振峰对孔径的形状与尺寸非常敏感；更重要的是，随着共振峰的出现透射场的位相会产生一个突变。基于局域表面等离子共振引起的透射场的位相突变效应，许多课题组通过嵌有相互垂直的矩形狭缝的金属薄膜组成的亚波长结构来实现波片功能。Khoo et al提出了一种方法，即把含有一对相互垂直狭缝的200nm厚的金膜放置在玻璃基底上，然后利用数值模拟计算的方法分别改变两矩形狭缝的长度和宽度，并且将其中一个狭缝填入与玻璃相同折射率的电介质，最终在802nm波长处实现了透射场在两正交方向分量上具有η/2的位相差，同时为了实现1/4波片的功能，两正交方向电场的振幅要保持相等，因此在保持η/2固定位相差的前提下，在金薄膜上增加第三条狭缝是很有必要的；Baida et al提出了一种来具有超透过现象的各向异性超材料薄膜，即含有亚波长相互正交的矩形狭缝对阵列的完美导体金属膜，为了形成并利用法布里-珀罗(F-P)共振，金属薄膜的厚度必须是所设计半波长的整数倍，这将给器件的制作工艺增加了困难；最近，Roberts提出一种含有周期性十字形孔径阵列的银膜结构，在近红外波段来实现等离子波片的方法，通过改变狭缝的长度差约20nm，在710nm、760nm波长处实现了 1/4波片的功能。除了以上的透射模式以外，Pors et al提出利用相互正交的具有相同横截面的纳米天线阵列，通过控制金天线的长度变化，在1520nm波长处两正交方向上电场分量产生η/2的位相差，在所设计的结构中，为了实现两方向分量的振幅相等，入射的线偏振光相对于X轴的偏振方位角应该设定为56°，而不是我们传统波片所需要的45° ;2012年，Wanget al证明了金属纳米椭圆饼状阵列可以通过反射实现偏振态的转换，通过打破方位角的对称性，入射线偏振光的偏振方向分别沿椭圆的长轴和短轴方向时，椭圆等离子阵列能够支持不同的奇偶模式共振腔，在两方向上产生位相差，通过合理的设计从而可以将线偏振光转换成圆或椭圆偏振光。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下—种亚波长矩形环阵列四分之一波片，所述波片包括SiO2基片及位于所述基片上的银膜，所述银膜由若干周期性的二维环形孔径阵列构成，二维环形孔径中相邻的两个孔径长度U、L2相等、宽度%、W2不等，当入射的线偏振光以偏振方位角Φ从基片下方入射时，通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的位相φχ、q>y满足q>y -φχ=π,2或ψγ -φχ=·π/2;并且当φ=45°时,振幅分量Ex、Ey相等。作为本专利技术的进一步改进，所述入射的线偏振光的波段范围为1.50μπι 1.61 μ m0作为本专利技术的进一步改进，所述宽度W2小于W1时，位相分量Φχ、％满足Cpy -φχ=π/2;宽度W2大于W1时，位相分量((K、(py满足％ -φχ=-π/2。、相应地，一种亚波长矩形环阵列四分之一波片的制作方法，所述方法包括SI、优化设计二维环形孔径，使得相邻的两个孔径长度U、L2相等，宽度Wp W2不等，同时当入射的线偏振光以偏振方位角φ=45°从基片下方入射时，通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的振幅分量Ex、Ey相等、位相分量φχ φ、满足q>y -φχ=π/2或(py -φχ=-π/20S2、提供 SiO2 基片；S3、在所述SiO2基片上生长一层银膜；S4、在所述银膜上形成若干周期性的二维环形孔径阵列。作为本专利技术的进一步改进，所述方法中“优化设计二维环形孔径”具体包括确定二维环形孔径中相邻的两个孔径长度LpL2，其中L1=L2 ；确定一个孔径宽度W1或W2，优化另一个孔径宽度W2或W1，使得当入射的线偏振光以偏振方位角φ=45°从基片下方入射时，通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的振幅分量Ex、Ey相等、位相分量(fK、(Py满足％ -φχ=π/2或(Py -φχ=-π/2。作为本专利技术的进一步改进，所述“优化设计二维环形孔径”还包括确定孔径宽度W1，逐渐减小W2，使得通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的振幅分量Ex、Ey相等、位相分量Φχ、(py满足(Py -φχ=π/2;或，确定孔径宽度W1，逐渐增大W2，使得通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的振幅分量Ex、Ey相等、位相分量CpX、<Py满足t[>y -φχ=-π/2;或，确定孔径宽度W2，逐渐减小W1，使得通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的振幅分量Ex、Ey相等、位相分量队、(py满足(Py -φχ=-π/2或，确定孔径宽度W2，逐渐增大W1，使得通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的振幅分量Ex、Ey相等、位相分量φχ、CPy满足％ -φχ=π/2。作为本专利技术的进一步改进，所述优化设计方法采用时域有限差分方法进行数值模拟透射场振幅分量和位相分量。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4中在银膜上形成若干周期性的二维环形孔径阵列通过电子束光刻或聚焦离子束刻蚀方法形成。与现有技术相比，本专利技术通过时域有限差分方法的数值模拟，利用放置在SiO2基底上嵌有亚波长矩形环形孔径阵列的超薄银膜结构，实现了等离子1/4波片的方法。本专利技术亚波长矩形环阵列四分之一波片具有结构简单、易于集成等优点，在光学传感系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中，具有很大的应用价值。附图说明 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图Ia-Ic为本专利技术亚波长矩形环阵列四分之一波片的立体结构示意图、俯视结构示意图及局部放大示意图；图2a、2b为本专利技术一实施方式中嵌入图案在不同参数时的透射场曲线图；图3a_3d为本专利技术一实施方式中入射偏振方位角为0°和90°时的透过率以及位相曲线图；图4为本专利技术一实施方式中位相差$随波长变化的曲线图；图5a、5b为本专利技术一实施方式中线偏振光入射时透射场沿0°和90°方向的振幅和位相曲线图；图6为本专利技术一实施方式中透射场沿x、y方向分量的振幅比与位相差曲线图；图7a为本专利技术一实施方式中根据X和y两方向之间的振幅比与位相差，透射场椭圆偏振光椭圆率与偏转角随波长的变化曲线图，图7b为对应于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚波长矩形环阵列四分之一波片，其特征在于，所述波片包括SiO2基片及位于所述基片上的银膜，所述银膜由若干周期性的二维环形孔径阵列构成，二维环形孔径中相邻的两个孔径长度L1、L2相等、宽度W1、W2不等，当入射的线偏振光以偏振方位角从基片下方入射时，通过基片和银膜后的透射场沿两正交方向分量的位相满足或并且当时，振幅分量Ex、Ey相等。FDA00002657488900011.jpg,FDA00002657488900012.jpg,FDA00002657488900013.jpg,FDA00002657488900014.jpg,FDA00002657488900015.jpg

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王钦华，陈中辉，楼益民，曹冰，李孝峰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：