亞波長線偏振光柵陣列及全斯托克斯偏振器陣列的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、偏振作為光的基本屬性之一，包含著被測物體的眾多特征信息，隨著成像技術(shù)的不斷發(fā)展，將偏振探測技術(shù)與成像技術(shù)相結(jié)合的偏振成像技術(shù)在目標(biāo)識別方面有著越來越重要的作用，獲取目標(biāo)偏振信息成為偏振成像技術(shù)的重中之重。本文提出并研究了一種紅外波段（3μm-5μm）的基于亞波長雙層金屬光柵的像素式微型線偏振陣列以及一種近紅外波段（1.6μm）的新型像素式全斯托克斯偏振成像陣列。利用等效介質(zhì)理論和時域有限差分的數(shù)值計算方法，詳細(xì)研究了器件在工作波段的偏振

2、傳輸特性。主要工作和成果如下：
　　（1）詳細(xì)介紹了亞波長金屬光柵偏振特性的理論和設(shè)計方法以及實(shí)驗(yàn)制備技術(shù)。設(shè)計了一種帶有過渡層的雙層金屬光柵，利用時域有限差分法對光柵參數(shù)進(jìn)行模擬優(yōu)化，獲得結(jié)構(gòu)最佳參數(shù)，并將其應(yīng)用在像素式微型線偏振器陣列中，可以同時獲取物體不同方向的偏振信息，實(shí)現(xiàn)對物體的線偏振成像。理論表明所提出的雙層金屬光柵不僅可以具有較高的透過率（>89％）和消光比(>58dB)，而且其對占空比，金屬光柵高度以及過渡層高度具

3、有很高的容忍度，大大降低了實(shí)驗(yàn)制備難度。利用激光直寫設(shè)備制作了多取向（偏振方向分別為0°，45°，90°以及135°）的周期為300nm的雙層金屬光柵陣列，并對樣品性能進(jìn)行了檢測，測試表明在波長3μm-5μm處透過率高于46%，消光比大于23.8dB。
　　（2）提出并模擬設(shè)計了一種新型的全 Stokes矢量微型偏振器陣列。通過在硅基底上設(shè)計基于手性金屬結(jié)構(gòu)的圓偏振器與金屬線偏振光柵集成，可用于實(shí)時的全Stokes偏振成像。此手性

4、結(jié)構(gòu)的圓偏振器在1.6μm波段可以阻止左旋圓偏振光通過，而使右旋圓偏振光通過，實(shí)現(xiàn)了高效左右旋圓偏振光的區(qū)分作用；不同取向的金屬光柵可以獲得物體不同方向的線偏振信息。同時，由于圓偏振器的結(jié)構(gòu)與線性光柵類似，可以通過相同的實(shí)驗(yàn)平臺和工藝進(jìn)行制備。通過數(shù)值模擬，研究了圓偏振器各參數(shù)對偏振器性能的影響，獲得了圓偏振器的最佳參數(shù)。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在1.6μm波長處，右旋圓偏振光的透過率可達(dá)60%，圓偏振器的二向色性可達(dá)56%，線偏振光柵（周期