一种新型偏振片及制备方法

1.本发明涉及一种新型偏振片及其制作方法，属于光学偏振片或起偏器领域。


背景技术：

2.光学偏振片在科研、国防、日常生活中有着广泛的应用。偏振光有多种产生原理，如利用反射和折射原理、双折射原理、二向色性物质吸收、金属线栅或薄膜吸收等。基于以上原理所研制的现有偏振器件有，反射型偏振片、二向色性偏振片、双折射偏振棱镜、线栅偏振片、薄膜偏振片等。高质量的偏振分光棱镜往往需要高纯净度的晶体，其高成本不可避免；常用于激光腔中的布儒斯特窗口片具有高激光损伤阈值的优势，其厚度规格为2mm左右，其多层堆叠串联后形成偏振片的厚度大。


技术实现要素：

3.基于上述问题，本技术提供一种厚度为毫米级乃至亚毫米级的新型偏振片，其技术方案为：
4.一种新型偏振片，包括覆盖层、布儒斯特角起偏层和基板层，所述布儒斯特角起偏层位于覆盖层和基板层之间，三者固定连接，所述覆盖层与基板层材质相同，与布儒斯特角起偏层的材质不同。
5.优选的，所述基板层与布儒斯特角起偏层接触的一面分布有均匀的齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ；所述基板层厚度为1μm-500μm；将基板层材料加工为齿状栅型结构，所述齿状栅型结构高度为1μm-500μm。
6.优选的，所述覆盖层与布儒斯特角起偏层接触的一面分布有均匀的齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ；所述覆盖层厚度为1μm-500μm，所述覆盖层的齿状栅型结构与基板层的齿状栅型结构平行。
7.优选的，所述布儒斯特角起偏层厚度为1μm-200μm。
8.一种新型偏振片制备方法，包括以下步骤：
9.s1.分别制备覆盖层、布儒斯特角起偏层和基板层，且所述覆盖层与基板层材质相同，与布儒斯特角起偏层的材质不同；
10.s2.将覆盖层、布儒斯特角起偏层和基板层依次固定连接，形成偏振片。
11.优选的，基板层制备方法如下：
12.基板层材料采用熔融石英、光学玻璃、氟化钙、氟化镁、氟化钡、氟化锂、三氧化二铝中的任一种；将基板层材料以半导体工艺方式进行加工为齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ，所述齿状栅型结构高度1μm-500μm；
13.采用的半导体工艺为激光加工、光刻技术、电子束光刻技术、纳米压印技术及其配套的干法刻蚀、湿法刻蚀中的任一种。
14.优选的，布儒斯特角起偏层制备方法如下：
15.所述布儒斯特角起偏层材料采用一种红外通讯波段透光材料，为空气隙、硒化锌、
硫化锌、三氧化二铝、砷化镓、锗单晶、硅单晶、碳化硅、硫系玻璃中的任一种；
16.覆盖层与布儒斯特角起偏层相交的面为布儒斯特角起偏层上界面；基板层与布儒斯特角起偏层相交的面为布儒斯特角起偏层下界面；所述布儒斯特角起偏层上界面和布儒斯特角起偏层下界面平行；所述布儒斯特角起偏层厚度为1μm-200μm；
17.所述布儒斯特角起偏层采用以溅射技术、电子束蒸发技术、热蒸镀技术、化学气相沉积中任一中加工形式而成。
18.优选的，覆盖层制备方法如下：
19.所述覆盖层包括熔融石英玻璃、光学玻璃、光学玻璃、三氧化二铝中任一种材质进行加工为齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ，覆盖层所形成的光滑斜面的法线与正入射光线的夹角成布儒斯特角ib；且θ等于2倍布儒斯特角ib的互余角；
20.所述覆盖层采用溅射技术、电子束蒸发技术、热蒸镀技术、化学气相沉积中任一种加工工艺在布儒斯特角起偏层上，加工到一定厚度后进行磨削抛光；所述磨削抛光技术包括机械抛光、化学机械抛光、离子束抛光中的任一种，抛光后的表面粗糙度0.01-20.00nm；所述覆盖层厚度为1μm-500μm。
21.优选的，基板层、布儒斯特角起偏层及覆盖层组成层级单元，所述层级单元所述单元可以通过层级单元之间进行堆叠串联，形成具有高消光比的偏振片结构；所述层级单元层数为1-20层。
22.通过以上技术方案，本发明提供的一种新型偏振片及其制作方法，其具有以下有益效果：
23.1.本发明基于半导体加工工艺，提出了一种新型偏振片及其制作方法，为光学偏振片制造领域提供了新的选择方案。
24.2.本发明通过多层层级单元堆叠串联结构形成的偏振片厚度为毫米级乃至亚毫米级，在集成度、光学损伤阈值、成本等方面具有优势，可适用于光学成像，光学检测及红外光通讯等多种应用领域。
附图说明
25.图1为本发明实施例所公开的一种新型偏振片及其制作方法的结构部分横截面示意图。
26.图2为布儒斯特角起偏的新型偏振片多个单元层级叠加结构的横截面示意图。
27.图中:1第一层级单元，2第二层级单元，101覆盖层，102布儒斯特角起偏层上界面，103布儒斯特角起偏层，104布儒斯特角起偏层下界面，105基板层。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施实例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
29.本发明提供了一种新型偏振片，包括覆盖层、布儒斯特角起偏层和基板层，所述布儒斯特角起偏层位于覆盖层和基板层之间，三者固定连接，所述覆盖层与基板层材质相同，与布儒斯特角起偏层的材质不同，布儒斯特角起偏层介质折射率n2大于基板层与覆盖层的介质折射率n1。覆盖层101与布儒斯特角起偏层103相交的面为布儒斯特角起偏层上界面
102；基板层105与布儒斯特角起偏层103相交的面为布儒斯特角起偏层下界面104。
30.所述基板层与布儒斯特角起偏层接触的一面分布有均匀的齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ；所述覆盖层厚度为1μm-500μm；将基板层材料加工为齿状栅型结构，所述齿状栅型结构高度为1μm-500μm。
31.所述覆盖层与布儒斯特角起偏层接触的一面分布有均匀的齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ，且θ等于2倍布儒斯特角ib的互余角；所述覆盖层厚度为1μm-500μm，所述覆盖层的齿状栅型结构与基板层的齿状栅型结构平行。
32.覆盖层、布儒斯特角起偏层和基板层三者之间粘合、键合或胶合实现三者的固定。
33.使用时，入射光可以从基板层入射也可以从覆盖层入射，两者材料、结构均是相同的，原理是相同的。
34.实施例1：
35.本实施例中，基板层105选用熔融石英(sio2)，厚度为40μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为20μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用碳化硅(sic)材料，布儒斯特角起偏层103用化学气相沉积相关技术制备于基板层105表面，厚度为20μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为58.8
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用熔融石英(sio2)用化学气相沉积相关技术制备于布儒斯特角起偏层103上，覆盖层上表面抛光加工平整，厚度为40μm，表面粗糙度小于1nm；将上述相同结构的层级单元进行12层堆叠串联。
36.实施例2：
37.本实施例中，基板层105选用熔融石英(sio2)，厚度为60μm；以光刻技术的方法得到高度为30μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用碳化硅(sic)材料，用化学气相沉积相关技术制备于基板层105表面，厚度为20μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为58.8
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用熔融石英(sio2)用化学气相沉积相关技术制备于布儒斯特角起偏层103上，覆盖层101上表面抛光加工平整，厚度为60μm，表面粗糙度小于1nm。将上述相同结构的层级单元进行12层堆叠串联。
38.实施例3：
39.本实施例中，基板层105选用熔融石英(sio2)，厚度为60μm；以光刻技术的方法得到高度为30μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用碳化硅(sic)材料，用溅射技术制备于基板层105表面，厚度为20μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为58.8
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用熔融石英(sio2)用溅射技术制备于布儒斯特角起偏层103上，覆盖层上表面抛光加工平整，厚度为60μm，表面粗糙度小于1nm。将上述相同结构的层级单元进行10层堆叠串联。
40.实施例4：
41.本实施例中，基板层101选用氟化钙(caf2)，厚度为40μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为20μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用碳化硅(sic)材料，用化学气相沉积相关技术制备于基板层105表面，厚度为20μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为58.2
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用氟化钙(caf2)用溅射技术制备于布儒斯特角起偏层103上，覆盖层上表面抛光
加工平整，厚度为40μm，表面粗糙度小于1nm。将上述相同结构的层级单元进行10层堆叠串联。
42.实施例5：
43.本实施例中，基板层101选用氟化钙(caf2)，厚度为60μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为30μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用碳化硅(sic)材料，用化学气相沉积相关技术制备于基板层105表面，厚度为20μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为58.2
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用氟化钙(caf2)用电子束蒸发技术制备于布儒斯特角起偏层103上，覆盖层上表面抛光加工平整，厚度为60μm，表面粗糙度小于1nm。将上述相同结构的层级单元进行15层堆叠串联。
44.实施例6：
45.本实施例中，基板层105选用氟化钙(caf2)，厚度为80μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为40μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用碳化硅(sic)材料，用电子束蒸发技术制备于基板层105表面，厚度为20μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为58.2
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用氟化钙(caf2)用电子束蒸发技术制备于布儒斯特角起偏层103上，覆盖层上表面抛光加工平整，厚度为80μm，表面粗糙度小于1nm。将上述相同结构的层级单元进行12层堆叠串联。
46.实施例7：
47.本实施例中，基板层105选用熔融石英(sio2)，厚度为40μm；以湿法刻蚀的方法得到高度为20μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用硫化锌(zns)材料，用电子束蒸发技术制备于基板层105表面，厚度为20μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为64.6
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用熔融石英(sio2)用电子束蒸发技术制备于布儒斯特角起偏层103上，覆盖层上表面抛光加工平整，厚度为40μm，表面粗糙度小于1nm。将上述相同结构的层级单元进行12层堆叠串联。
48.实施例8：
49.本实施例中，基板层105选用熔融石英(sio2)，厚度为60μm；以湿法刻蚀的方法得到高度为30μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用硫化锌(zns)材料，用热蒸镀技术制备于基板层105表面，厚度为20μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为64.6
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用熔融石英(sio2)用电子束蒸发技术制备于布儒斯特角起偏层103上，覆盖层上表面抛光加工平整，厚度为60μm，表面粗糙度小于1nm；将上述相同结构的层级单元进行10层堆叠串联。
50.实施例9：
51.本实施例中，基板层105选用熔融石英(sio2)，厚度为80μm；以纳米压印技术刻蚀的方法得到高度为40μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用硫化锌(zns)材料，用电子束蒸镀法制备于基板层105表面，厚度为20μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为64.6
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖
层101选用熔融石英(sio2)用电子束蒸发技术制备于布儒斯特角起偏层103上，覆盖层上表面抛光加工平整，厚度为60μm，表面粗糙度小于1nm；将上述相同结构的层级单元进行10层堆叠串联。
52.实施例10：
53.本实施例中，基板层105选用熔融石英(sio2)，厚度为20μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为10μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用材料碳化硅(sic)，用电子束蒸镀法制备于基板层105表面，厚度为5μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为58.8
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用熔融石英(sio2)，厚度为20μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为10μm的齿状栅型结构；在覆盖层上用电子束蒸镀法制备于基板层105表面，厚度为5μm，表面粗糙度小于1nm；将覆盖层103与基板层101对接形成一片完整的层级单元；将所述相同结构的层级单元进行8层堆叠串联。
54.实施例11：
55.本实施例中，基板层105选用熔融石英(sio2)，厚度为40μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为20μm的齿状栅型结构；布儒斯特角起偏层103选用材料碳化硅(sic)，用电子束蒸镀法制备于基板层105表面，厚度为1μm，表面粗糙度小于1nm；形成的齿状栅型夹角θ为58.8
°
；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用熔融石英(sio2)，厚度为40μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为20μm的齿状栅型结构；在覆盖层上用电子束蒸镀法制备于基板层105表面，厚度为10μm，表面粗糙度小于1nm；将覆盖层103与基板层101对接形成一片完整的层级单元；将所述相同结构的层级单元进行8层堆叠串联。
56.实施例12：
57.本实施例中，基板层105选用熔融石英(sio2)，厚度为40μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为20μm的齿状栅型结构；形成的齿状栅型夹角θ为110.7
°
；布儒斯特角起偏层103为厚度20μm的空气隙；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用熔融石英(sio2)以飞秒激光加工的方法得到与基板层完全相同的齿状栅型结构；将覆盖层103与基板层101对接形成一片完整的层级单元；将上述相同结构的层级单元进行12层堆叠串联。
58.实施例13：
59.本实施例中，基板层105选用蓝宝石(al2o3)，厚度为40μm；以飞秒激光加工的方法得到高度为20μm的齿状栅型结构；形成的齿状栅型夹角θ为120.5
°
；布儒斯特角起偏层103为厚度20μm的空气隙；布儒斯特角起偏层上界面102与布儒斯特角起偏层下界面104相互平行；覆盖层101选用蓝宝石(al2o3)以飞秒激光加工的方法得到与基板层完全相同的齿状栅型结构；将覆盖层103与基板层101对接形成一片完整的层级单元；将上述相同结构的层级单元进行12层堆叠串联。
60.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种新型偏振片，其特征在于，包括覆盖层、布儒斯特角起偏层和基板层，所述布儒斯特角起偏层位于覆盖层和基板层之间，三者固定连接，所述覆盖层与基板层材质相同，与布儒斯特角起偏层的材质不同。2.根据权利要求1所述的一种新型偏振片，其特征在于，所述基板层与布儒斯特角起偏层接触的一面上分布有均匀的齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ；所述基板层厚度为1μm-500μm；将基板层材料加工为齿状栅型结构，所述齿状栅型结构高度为1μm-500μm。3.根据权利要求1所述的一种新型偏振片，其特征在于，所述覆盖层与布儒斯特角起偏层接触的一面上分布有均匀的齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ；所述覆盖层厚度为1μm-500μm，所述覆盖层的齿状栅型结构与基板层的齿状栅型结构平行。4.根据权利要求1所述的一种新型偏振片，其特征在于，所述布儒斯特角起偏层厚度为1μm-200μm。5.一种新型偏振片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.分别制备覆盖层、布儒斯特角起偏层和基板层，且所述覆盖层与基板层材质相同，与布儒斯特角起偏层的材质不同；s2.将覆盖层、布儒斯特角起偏层和基板层依次固定连接，形成偏振片。6.根据权利要求5所述的一种新型偏振片制备方法，其特征在于，基板层制备方法如下：基板层材料采用熔融石英、光学玻璃、氟化钙、氟化镁、氟化钡、氟化锂、三氧化二铝中的任一种；将基板层材料以半导体工艺方式进行加工为齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ，所述齿状栅型结构高度1μm-500μm；采用的半导体工艺为激光加工、光刻技术、电子束光刻技术、纳米压印技术及其配套的干法刻蚀、湿法刻蚀中的任一种。7.根据权利要求5所述的一种新型偏振片制备方法，其特征在于，布儒斯特角起偏层制备方法如下：所述布儒斯特角起偏层材料采用一种红外通讯波段透光材料，为空气隙、硒化锌、硫化锌、三氧化二铝、砷化镓、锗单晶、硅单晶、碳化硅、硫系玻璃中的任一种；覆盖层与布儒斯特角起偏层相交的面为布儒斯特角起偏层上界面；基板层与布儒斯特角起偏层相交的面为布儒斯特角起偏层下界面；所述布儒斯特角起偏层上界面和布儒斯特角起偏层下界面平行；所述布儒斯特角起偏层厚度为1μm-200μm；所述布儒斯特角起偏层采用以溅射技术、电子束蒸发技术、热蒸镀技术、化学气相沉积中任一中加工形式而成。8.根据权利要求5所述的一种新型偏振片制备方法，其特征在于，覆盖层制备方法如下：所述覆盖层包括熔融石英玻璃、光学玻璃、光学玻璃、三氧化二铝中任一种材质进行加工为齿状栅型结构，所述齿状栅型结构的夹角为θ，覆盖层所形成的光滑斜面的法线与正入射光线的夹角成布儒斯特角i
b
；且θ等于2倍布儒斯特角i
b
的互余角；所述覆盖层采用溅射技术、电子束蒸发技术、热蒸镀技术、化学气相沉积中任一种加工工艺在布儒斯特角起偏层上，加工到一定厚度后进行磨削抛光；所述磨削抛光技术包括机械抛光、化学机械抛光、离子束抛光中的任一种，抛光后的表面粗糙度0.01-20.00nm；所述
覆盖层厚度为1μm-500μm。9.根据权利要求5所述的一种新型偏振片制备方法，其特征在于，基板层、布儒斯特角起偏层及覆盖层组成层级单元，所述层级单元所述单元可以通过层级单元之间进行堆叠串联，形成具有高消光比的偏振片结构；所述层级单元层数为1-20层。

技术总结
本发明提供一种新型偏振片，由顶部至底部依次为覆盖层、布儒斯特角起偏层上界面、布儒斯特角起偏层、布儒斯特角起偏层下界面、基板层；本发明提供的新型偏振片与现有偏振器件相比，在集成度、光学损伤阈值、成本等方面具有优势，适用于光学成像，光学检测及红外光通讯等多种应用领域。多种应用领域。多种应用领域。


技术研发人员：左致远 王晓杉 周戬 康汝燕 刘泽翰 程鹏鹏 赵显
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/9/5