本發明屬于光電信息功能器件與材料制備技術領域，且特別是有關于一種對稱L形金屬超構表面分束器以及制備方法。

背景技術：

分束器可以將一束光分成兩束或更多束，而等能分束器在相干光學以及量子通訊、計算等方面有著重大應用。過去人們應用多層介電膜以及金屬膜半透鏡等方法可以實現光一部分透射和一部分反射，但是在寬頻段保持嚴格相等的50:50的分束器依舊是很難實現的。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提出一種對稱L形金屬超構表面分束器以及制備方法，可以在寬頻段將偏振光轉變為兩束強度相位偏振相等的偏振光。

為達上述目的，本發明提出一種對稱L形金屬超構表面分束器，其特征在于，包括：

金屬反射層；

鍍在金屬反射層上的SiO₂層；以及

在SiO₂層上形成的金屬膜，所述金屬膜由多個周期性分布的分束器結構單元組成，所述分束器結構單元由相同數量n個L形結構和相同數量n個L形結構鏡面對稱的反L形結構在平面上依次排列構成，n根據不同工作波段可以取2-10，每個L形金屬結構的邊長為工作波長的五分之一，線寬為工作波長的十五分之一，厚度為工作波長的二十分之一。

在1000-1400nm的工作波段中，所述L形結構和其鏡面對稱的反L形結構其金屬膜邊長250±10nm，線寬80±10nm，厚度60±10nm，每個平行L形結構的間距為500±20nm。

在本例的工作波段中，分別由3個L形結構和3個L形結構鏡面對稱的反L形結構構成，重復周期為3000±120nm。

其中，在本例的工作波段1000-1400nm中，所述L形結構和其鏡面對稱的反L形結構其金屬膜邊長250±10nm，線寬80±10nm，厚度60±10nm，每個平行L形結構的間距為500±20nm。為達上述目的，本發明另提出一種對稱L形金屬超構表面分束器的制備方法，包括以下步驟：

利用高精度鍍膜工藝進行金屬反射層的制備，例如電子束蒸發或者磁控濺射的方法制備金屬反射層，在本例的工作波段中厚度為120±20nm的；

然后用氣相沉積的方法在金屬反射層上面蒸鍍厚度為140±10nm的SiO₂；

利用旋涂法在SiO₂表面形成電子束膠膜；

利用電子束曝光技術在電子束膠上制備平行L形結構的反結構；

再利用電子束蒸發技術在電子束膠表面蒸鍍厚度為60±10nm金屬膜；

最后利用除膠劑除去未曝光部分的電子束膠，就形成了對稱L形金屬超構表面等能分束器。

綜上所述，本發明的有益效果是：可以在寬頻段將任意偏振光轉變為兩束強度相位偏振完全相等的兩束偏振光。而傳統的分束器，比如半透半反鏡，是很難在寬頻段保持嚴格的50:50的分光比的。而且本發明結構的厚度極薄，可以制備成300nm左右，遠小于響應頻率的波長(>1000nm)。

附圖說明

圖1是本發明實施例的對稱L形金屬超構表面分束器結構示意圖。

圖2是圖1中對稱L形金屬超構表面分束器的光學原理圖。

圖3是圖1中分束器工作的反射譜圖。

圖4是圖1中分束器分束的強度譜圖。

圖5是本發明實施例的對稱L形金屬超構表面分束器的制備方法的流程圖。

具體實施方式

為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。

如圖1所示，對稱L形金屬超構表面分束器，包括：金屬反射層F1、SiO₂層F2、金屬膜F3。SiO₂層F2鍍在金屬反射層F1上；金屬膜F3形成在SiO₂層F2上，所述金屬膜由多個周期性分布的分束器結構單元組成，所述分束器結構單元由3個L形結構和3個與L形結構鏡面對稱的反L形結構構成，重復周期為3000nm；

本實施例中，L形結構和反L形結構均由L形金屬結構構成，每個L形結構的間距d為500nm。

本實施例中，所述金屬膜為銀膜，然而在其他實施例中，所述金屬膜可以是金膜和合金膜。

本實施例中，矩形金屬棒的邊長為300nm，線寬為70nm，厚度為50nm。

圖1中，所述分束器重復的單位為2*4,其實可以是2n*4n，n一般取10-200。

如圖2所示，本發明實施例中的分束器的設計原理是：由于各項異性的結構可以有著偏振轉換的性質，我L形結構有很好的偏振轉換效率，即可以將正入射的y方向線偏振光轉化為x方向的線偏振光出射，通過引入金屬反射層-介質-金屬結構的三明治結構，可以進一步做到寬頻響應。而當將對稱的兩種L形結構組合在一起時，對于y方向入射的線偏振光，其轉為x方向的線偏振光存在有180°的位相差，從而根據光柵衍射定律將偶數級次的衍射光消除。進一步的，由于結構的周期很小，高級次的衍射光(3級以及3級以上)根據光柵公式也都得以消除，從而出射光只有+1級以及-1級，而由于是正入射，根據對稱性可得+1級和-1級的強度，偏振完全一樣。

本發明結構的響應區域位于近紅外波段，波長為1000-1400nm，圖3為樣品反射譜，R_yy和R_xy分別代表對于正入射的y方向偏振光的情況下反射光的y方向和x方向強度分量。可見在1000-1400nm正常反射光強度小于5％。圖4為分束出來的兩束+1，-1級衍射光的x，y方向的強度分量，可見分束器可以將79％的入射光強度轉化為兩束等完全相等的出射光。

圖5是本發明實施例的對稱L形金屬超構表面分束器的制備方法的流程圖。如圖5所示，對稱L形金屬超構表面分束器的制備方法，包括以下步驟：

利用電子束蒸發的方法制備厚度為120nm的金屬反射層；

然后用氣相沉積的方法在金屬反射層上面蒸鍍厚度為140nm的SiO₂；

利用旋涂法在SiO2表面形成電子束膠膜；

利用電子束曝光技術在電子束膠上制備L形結構的反結構；

再利用電子束蒸發技術在電子束膠表面蒸鍍厚度為60nm金屬膜；

最后利用除膠劑除去未曝光部分的電子束膠，就形成了對稱L形金屬超構表面等能分束器。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。通過改變結構周期以及結構尺寸，我們可以在不同波段實現一樣的分束作用。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。