光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件以及調(diào)控入射光波偏振的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及偏振光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，調(diào)控入射光 波偏振的方法以及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 偏振光已被人們廣泛使用，當(dāng)前人們已經(jīng)擁有多種方法與裝置以實(shí)現(xiàn)對(duì)光波偏振 態(tài)的調(diào)控，例如采用電光調(diào)制器、液晶調(diào)制器、磁光調(diào)制器等。它們的原理是利用電場(chǎng)或磁 場(chǎng)使電光晶體、液晶分子、磁光晶體的雙折射特性或旋光特性發(fā)生改變，進(jìn)而使得透射光的 偏振態(tài)發(fā)生變化。
[0003] 然而以上方法中加載的調(diào)控電場(chǎng)或磁場(chǎng)信號(hào)均依賴于電子線路產(chǎn)生，其開關(guān)速度 受限于電路的響應(yīng)速度。另外，如果類似的元件使用于現(xiàn)代光信息通信系統(tǒng)中，在信息代碼 生成與調(diào)控階段伴隨著電信號(hào)-光信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，造成時(shí)間浪費(fèi)，限制了通訊系統(tǒng)中信 息的傳輸速率與帶寬。而利用光學(xué)調(diào)控手段可以實(shí)現(xiàn)較快的響應(yīng)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種全光式的利用光學(xué)非線性效應(yīng)的偏振調(diào)控元件以及 采用該偏振調(diào)控元件調(diào)控入射光波偏振的方法。
[0005] -種光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，其中，其包括：一絕緣透明基底；一設(shè)置于該絕緣 透明基底的一表面的金屬等離子激元層，所述等離子激元層包括多個(gè)周期設(shè)置的具有手性 的微結(jié)構(gòu)；以及一設(shè)置于該金屬等離子激元層遠(yuǎn)離該絕緣透明基底的表面且將該金屬等離 子激元層覆蓋的折射率可調(diào)控薄膜，所述折射率可調(diào)控薄膜包括折射率在光照下可調(diào)控的 材料。
[0006] 如上述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，優(yōu)選地，所述折射率可調(diào)控薄膜部分延伸至所 述等離子激元層的開口中并與所述絕緣透明基底的表面接觸。
[0007] 如上述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，優(yōu)選地，所述折射率在光照下可調(diào)控的材料為 半導(dǎo)體材料，非線性晶體材料，光折變材料，光致變色材料以及光致異構(gòu)材料中的一種或幾 種。
[0008] 如上述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，優(yōu)選地，所述折射率可調(diào)控薄膜包括一聚甲基 丙烯酸甲酯聚合物以及多個(gè)分散于該聚合物中的乙基紅光致異構(gòu)材料。
[0009] 如上述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，優(yōu)選地，所述金屬為金、銀、銅、鐵、鋁、鎳等或其 合金；所述微結(jié)構(gòu)的厚度為30納米~100納米，周期為300納米~1000納米，尺寸為100納 米~500納米。
[0010] 如上述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，優(yōu)選地，所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置形成一陣列； 所述微結(jié)構(gòu)包括一矩形本體以及一由該矩形本體延伸出來的矩形尖端凸起；所述矩形本體 與所述矩形尖端凸起為一整體結(jié)構(gòu)；所述矩形尖端凸起靠近一角處設(shè)置，且所述矩形尖端 凸起的一長邊與該矩形本體的一邊平齊。
[0011] 如上述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，優(yōu)選地，所述絕緣透明基底的材料為氧化硅、氮 化硅、藍(lán)寶石、陶瓷、玻璃、石英、金剛石以及聚合物中的一種或多種。
[0012] -種調(diào)控入射光波偏振的方法，其包括：在某一時(shí)間內(nèi)，米用一偏振入射光和一調(diào) 控光同時(shí)從所述折射率可調(diào)控薄膜一側(cè)照射如上述任意一項(xiàng)所述的光學(xué)非線性偏振調(diào)控 元件，其中，所述調(diào)控光為能夠引起所述折射率可調(diào)控薄膜的折射率變化的光。
[0013] 如上述調(diào)控入射光波偏振的方法，優(yōu)選地，所述方法具體包括：先采用所述偏振 入射光照射該光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，并從該絕緣透明基底一側(cè)得到第一偏振調(diào)制出射 光；再采用所述調(diào)控光照射該光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，同時(shí)保持所述偏振入射光繼續(xù)照 射，并從該絕緣透明基底一側(cè)得到第二偏振調(diào)制出射光；所述第二偏振調(diào)制出射光的光譜 特性相對(duì)于所述第一偏振調(diào)制出射光的光譜特性發(fā)生波長移動(dòng)。
[0014] 如上述調(diào)控入射光波偏振的方法，優(yōu)選地，所述絕緣透明基底為二氧化硅層，所述 等離子激元層為金微結(jié)構(gòu)陣列，所述折射率可調(diào)控薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯聚合物以及 多個(gè)分散于該聚合物中的乙基紅光致異構(gòu)材料；所述偏振入射光為X偏振光，所述第一偏 振調(diào)制出射光和第二偏振調(diào)制出射光為橢圓偏振光，所述調(diào)控光為偏振綠光；所述第二偏 振調(diào)制出射光的橢偏角X與主軸方向旋轉(zhuǎn)角Φ相對(duì)于所述第一偏振調(diào)制出射光的橢偏角 X與主軸方向旋轉(zhuǎn)角Φ發(fā)生波長移動(dòng)。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振光的 全光式調(diào)控。本發(fā)明提供的全光式的調(diào)控入射光波偏振的方法，具有方法簡(jiǎn)單，相應(yīng)速度快 的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的等離子激元層的微結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的等離子激元層的微結(jié)構(gòu) 陣列的掃描電鏡照片。
[0019] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用本發(fā)明的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件調(diào)控入射光 偏振的方法流程圖。
[0020] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中，采用調(diào)控光照射前，不同波長X偏振光透過本發(fā)明的光學(xué) 非線性偏振調(diào)控元件后轉(zhuǎn)化為橢偏光的橢偏角X與極軸(偏振面）旋轉(zhuǎn)角Φ。
[0021] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的透射光橢偏角X與 極軸旋轉(zhuǎn)角Φ在采用調(diào)控光照射前和照射后的對(duì)比。
[0022] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中，采用調(diào)控光照射前和照射后，本發(fā)明的光學(xué)非線性偏振 調(diào)控元件的透射光的橢偏角X與極軸旋轉(zhuǎn)角Φ的差△ X和Δ φ。
[0023] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例中，采用綠光調(diào)控光照射前和照射后，本發(fā)明的光學(xué)非線性 偏振調(diào)控元件的乙基紅分子結(jié)構(gòu)的光致異構(gòu)變化。
[0024] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例中，采用調(diào)控光照射時(shí)，光學(xué)非線性偏振調(diào)控的時(shí)間響應(yīng)特 性。
[0025] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用本發(fā)明的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的偏振成像 系統(tǒng)。
[0026] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的偏振成像系統(tǒng)的待成像掩模的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的偏振成像系統(tǒng)采用圖11的成像掩模的成像結(jié)果。
[0028] 主要元件符號(hào)說明
如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提供的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，調(diào)控 入射光波偏振的方法以及其應(yīng)用作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0030] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件100,該光學(xué)非線性 偏振調(diào)控元件100包括一絕緣透明基底101、一等離子激元層102以及一折射率可調(diào)控薄 膜103。所述絕緣透明基底101、等離子激元層102以及折射率可調(diào)控薄膜103依次層疊設(shè) 置。
[0031] 具體地，所述等離子激元層102設(shè)置于該絕緣透明基底101的一表面。所述折射率 可調(diào)控薄膜103設(shè)置于該等離子激元層102遠(yuǎn)離該絕緣透明基底101的表面且將該等離子 激元層102覆蓋。可以理解，該光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件100還可包括一透明保護(hù)層（圖 未示）覆蓋于該折射率可調(diào)控薄膜103遠(yuǎn)離該等離子激元層102的表面。
[0032] 所述絕緣透明基底101為一曲面型或平面型的結(jié)構(gòu)。該絕緣透明基底101主要起 支撐的作用。該絕緣透明基底101可以由硬性材料或柔性材料形成。具體地，所述硬性材料 可選擇為氧化硅、氮化硅、藍(lán)寶石、陶瓷、玻璃、石英、金剛石或塑料等。所述柔性材料可選擇 為聚碳酸酯（PC)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚乙烯（PE)、聚酰亞胺（PI)或聚對(duì)苯二甲酸 乙二醇酯（PET)等聚酯材料，或聚醚砜（PES)、纖維素酯、聚氯乙烯（PVC)、苯并環(huán)丁烯（BCB) 或丙烯酸樹脂等材料。形成所述絕緣透明基底101的材料并不限于上述列舉的材料，只要 能使絕緣透明基底101起到支撐作用且透明的材料即可。所述絕緣透明基底101的形狀、 尺寸和厚度可以根據(jù)實(shí)際需要選擇。本實(shí)施例中，所述絕緣透明基底101為一厚度為500 微米的二氧化硅層。
[0033] 所述等離子激元層102的材料為金屬以產(chǎn)生表面等離子體激元，如金、銀、銅、鐵、 鋁、鎳等或其合金。所述等離子激元層102包括多個(gè)周期設(shè)置的具有手性的微結(jié)構(gòu)1022。 所述周期設(shè)置的微結(jié)構(gòu)1022通過聚焦離子束刻蝕或電子束曝光等技術(shù)加工金層制備。所 述多個(gè)微結(jié)構(gòu)1022間隔設(shè)置使得該等離子激元層102可以透光。該微結(jié)構(gòu)1022的圖形不 限，只要具有手性即可。所述微結(jié)構(gòu)1022的厚度