一种高消光比宽带线偏振片

摘要

本发明公开了一种高消光比宽带线偏振片，采用双抛的石英玻璃做衬底，衬底上设有纳米结构，纳米结构由若干阵列式排布的纳米结构单元构成，纳米结构单元为长方形金属‑非金属‑金属三明治纳米棒，横向和纵向相邻纳米结构单元的距离分别相同，且所有纳米结构单元的尺寸均相同，每个纳米结构单元中两个金属层的厚度及材料相同。本发明线偏振片在可见光范围内的最大消光比大于10000，消光比大于500的波段为460纳米‑660纳米。本发明线偏振片提高TM光下的透射率，同时降低TE光下的透射率，以此产生高消光比，且TM光下的最小透射率大于50％。

权利要求

1.一种高消光比宽带线偏振片，其特征在于，采用双抛的石英玻璃做衬底，所述衬底上设有纳米结构，所述纳米结构由若干阵列式排布的纳米结构单元构成，所述纳米结构单元为长方形金属‑非金属‑金属三明治纳米棒，横向和纵向相邻纳米结构单元的距离分别相同，且所有纳米结构单元的尺寸均相同，每个纳米结构单元中两个金属层的厚度及材料相同；

横向相邻纳米结构单元的距离为90‑110纳米，纵向相邻纳米结构单元的距离为720‑

880纳米，纳米棒宽度为35‑45纳米，长度为660‑810纳米；

所述纳米结构表面覆盖保护层，所述保护层的折射率n2需满足1.38≤n2≤1.42；

在金属与非金属，或金属与空气之间产生等离子体并发生特定波段的共振耦合；在垂直方向的金属‑非金属‑金属三明治结构基于法布里珀罗原理。

2.根据权利要求1所述的一种高消光比宽带线偏振片，其特征在于，每个纳米结构单元中两个金属层的厚度均为30‑50纳米，非金属层的厚度为30‑50纳米。

3.根据权利要求1所述的一种高消光比宽带线偏振片，其特征在于，所述非金属的折射率n1需满足1.45≤n1≤1.55。

4.根据权利要求1所述的一种高消光比宽带线偏振片，其特征在于，所述金属为铝、银、金。

5.根据权利要求1所述的一种高消光比宽带线偏振片，其特征在于，所述纳米结构表面覆盖保护层，所述保护层的厚度为50纳米‑400纳米。

6.根据权利要求1所述的一种高消光比宽带线偏振片，其特征在于，所述线偏振片在可见光波段工作，在可见光范围内的最大消光比大于10000，消光比大于500的波段为460纳米‑660纳米。

7.根据权利要求1所述的一种高消光比宽带线偏振片，其特征在于，所述线偏振片提高TM光下的透射率，同时降低TE光下的透射率，以此产生高消光比，且TM光下的最小透射率大于50％。

说明书

一种高消光比宽带线偏振片

技术领域

[0001] 本发明属于成像设备、光学器件领域，涉及一种基于金属‑非金属‑金属三明治纳米棒结构的高消光比宽带线偏振片及应用。

背景技术

[0002] 偏振片被广泛用于液晶显示、光学测量、光通信、分束镜等光学系统中，是一种不可或缺的光学器件。可以让特定偏振方向的光通过(通常TM光)，阻止或减弱TE光的透射率。
在过去，线偏振片主要用各种有机材料制作而成，如液晶。液晶必须在导电情况下才会产生
偏振效应。也有的偏振片是用纳米光栅的结构制作而成，但是消光比有限，且具有较大消光
比的波段较短，比如在可见光波段内，很少有线偏振片消光比大于500的波段可以达到200
纳米及以上。一般消光比大于500的偏振片才能达到偏振效果。因此，如何设计一种具有宽
广的大消光比波段的线偏振片是光学器件领域的趋势。

发明内容

[0003] 针对上述问题，本发明提出了一种基于金属‑非金属‑金属三明治纳米棒结构的线偏振片。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高消光比宽带线偏振片，采用双抛的石英玻璃做衬底，所述衬底上设有纳米结构，所述纳米结构由若干阵列式排布的纳
米结构单元构成，所述纳米结构单元为长方形金属‑非金属‑金属三明治纳米棒，横向和纵
向相邻纳米结构单元的距离分别相同，且所有纳米结构单元的尺寸均相同，每个纳米结构
单元中两个金属层的厚度及材料相同。

[0005] 进一步地，每个纳米结构单元中两个金属层的厚度均为30‑50纳米，非金属层的厚度为30‑50纳米。

[0006] 进一步地，所述非金属的折射率n1需满足1.45≤n1≤1.55。

[0007] 进一步地，所述金属为铝、银、金。

[0008] 进一步地，所述纳米结构表面覆盖保护层，所述保护层的折射率n2需满足1.38≤n2≤1.42。

[0009] 进一步地，所述纳米结构表面覆盖保护层，所述保护层的厚度为50纳米‑400纳米。

[0010] 进一步地，横向相邻纳米结构单元的距离为90‑110纳米，纵向相邻纳米结构单元的距离为720‑880纳米，纳米棒宽度为35‑45纳米，长度为660‑810纳米。

[0011] 本发明线偏振片的原理为：在金属与非金属，或金属与空气之间产生等离子体并发生特定波段的共振耦合；在垂直方向的金属‑非金属‑金属三明治结构基于法布里珀罗原
理。

[0012] 相对于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：本发明线偏振片在可见光范围内的最大消光比大于10000，消光比大于500的波段为460纳米‑660纳米。本发明线偏振片提
高TM光下的透射率，同时降低TE光下的透射率，以此产生高消光比，且TM光下的最小透射率
大于50％。

附图说明

[0013] 图1为本发明实施例提供的高消光比宽带线偏振片立体图；

[0014] 图2为图1线偏振片的俯视图；

[0015] 图3为图1线偏振片的侧视图；

[0016] 图4为图1线偏振片在TM、TE光下的光谱曲线；

[0017] 图5为图1线偏振片的消光比示意图；

[0018] 图6为图5消光比的放大图，可以看出消光比大于500的波段范围。

具体实施方式

[0019] 为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

[0020] 应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其
它实施例，都属于本申请保护的范围。

[0021] 在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”
也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

[0022] 本发明提供一种高消光比宽带线偏振片，采用双抛的石英玻璃做衬底，所述衬底上设有纳米结构，所述纳米结构由若干阵列式排布的纳米结构单元构成，所述纳米结构单
元为长方形金属‑非金属‑金属三明治纳米棒，横向和纵向相邻纳米结构单元的距离分别相
同，且所有纳米结构单元的尺寸均相同，每个纳米结构单元中两个金属层的厚度及材料相
同。

[0023] 本发明线偏振片的原理为：在金属与非金属，或金属与空气之间产生等离子体并发生特定波段的共振耦合；在垂直方向的金属‑非金属‑金属三明治结构基于法布里珀罗原
理。

[0024] 进一步地，每个纳米结构单元中两个金属层的厚度均为30‑50纳米，非金属层的厚度为30‑50纳米；所述非金属的折射率n1需满足1.45≤n1≤1.55；所述金属为铝、银、金。

[0025] 进一步地，所述纳米结构表面覆盖保护层，所述保护层的折射率n2需满足1.38≤n2≤1.42，所述保护层的厚度为50纳米‑400纳米。

[0026] 进一步地，横向相邻纳米结构单元的距离为90‑110纳米，纵向相邻纳米结构单元的距离为720‑880纳米，纳米棒宽度为35‑45纳米，长度为660‑810纳米。

[0027] 如图1‑3所示，给出了本发明高消光比宽带线偏振片的一种具体结构示例。在该示例中，采用双抛的石英玻璃做衬底，衬底上设有纳米结构。纳米结构由若干阵列式排布的纳
米结构单元构成，纳米结构单元为长方形金属‑非金属‑金属三明治纳米棒，横向和纵向相
邻纳米结构单元的距离分别相同，横向相邻纳米结构单元的距离为100纳米，纵向相邻纳米
结构单元的距离为800纳米。所有纳米结构单元的尺寸均相同，纳米棒宽度为40纳米，长度
为730纳米。每个纳米结构单元中两个金属层的厚度及材料相同，本实施例中，两个金属层
的厚度均为40纳米，非金属层的厚度为40纳米，金属为铝，非金属为二氧化硅。纳米结构表
面覆盖保护层，保护层为200纳米厚的二氧化硅。图4为本示例线偏振片在TM、TE光下的光谱
曲线，可以看出，该线偏振片提高TM光下的透射率，同时降低TE光下的透射率，以此产生高
消光比，且TM光下的最小透射率大于50％。图5为本示例线偏振片的消光比示意图，图6为图
5消光比的放大图，可以看出，本示例线偏振片在可见光波段工作，在可见光范围内的最大
消光比大于10000，消光比大于500的波段为460纳米‑660纳米。

[0028] 以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书一个或多个实施例，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例保护的范围内。