CN105576071A - 一种近红外集成式圆偏态检测探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近红外集成式圆偏态检测探测器，包括介质层基底(4)，在所述介质层基底(4)的一端设有第一光敏区(5)和第二光敏区(6)，在所述第一光敏区(5)上对应连接有第一电极(7)，在所述第二光敏区(6)上对应连接有第二电极(8)；该介质层基底(4)的另一端设有增透膜层(3)，在所述增透膜层(3)上设有左旋金属螺旋线阵列(1)和右旋金属螺旋线阵列(2)。本发明采用两种不同旋向的金属螺旋线阵列对光的圆偏态进行提取，金属螺旋线阵列通过激光直写与电镀技术集成在探测器表面，极大地减小了体积、提高了集成度与稳定性，并且具有工作波长范围宽的优势。
Description
技术领域
本发明涉及光探测技术领域，特别涉及一种近红外集成式圆偏态检测探测器。
背景技术
光是由许多不同偏振态的电磁波组成，各个物体辐射或反射电磁波有着不同的偏振态，自然界中圆偏态光分量较少，因此圆偏态的应用主要源于主动方式，尤其是波长范围在900～1700nm之间时，需经过传输或反射后再对光的偏振态进行检测，以反映传输介质或反射面的某些物理特性。
传统的圆偏态提取包含三种方法，一是利用线偏器和四分之一波片两个分离的光学元件；二是利用胆甾液晶材料；三是利用螺旋光纤，然后将圆偏态的光通过探测器进行强度探测，这些方法存在体积大、装配精度要求较高以及色散等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种结构紧凑、使用稳定、精度高的近红外集成式圆偏态检测探测器。
本发明的技术方案如下：
一种近红外集成式圆偏态检测探测器，包括介质层基底，在所述介质层基底的一端设有光敏单元，所述光敏单元包括第一光敏区和第二光敏区，在所述第一光敏区上对应连接有第一电极，在所述第二光敏区上对应连接有第二电极；该介质层基底的另一端设有增透膜层，在所述增透膜层上设有左旋金属螺旋线阵列和右旋金属螺旋线阵列，所述左旋金属螺旋线阵列设在朝向第一光敏区的一侧，所述右旋金属螺旋线阵列设在朝向第二光敏区的一侧。
采用以上结构，可以让光线同时通过左旋和右旋两个金属螺旋线阵列，对于左旋金属螺旋线阵列，当左旋圆偏光入射左旋金属螺旋线阵列中会产生较强的感应电流，且电流以驻波形式在左旋金属螺旋线阵列中传输，入射光被左旋金属螺旋线阵列接收而不能通过；当右旋圆偏光入射左旋金属螺旋线阵列中的感应电流较小，大部分入射光可以通过左旋金属螺旋线阵列；同理，对于右旋金属螺旋线阵列，左旋圆偏光可以通过，而右旋圆偏光则被右旋金属螺旋线阵列吸收，入射光分别经过不同旋向的技术螺旋线阵列，再经增透膜、介质层基底，到达对应端的第一光敏区或第二光敏区进行光电转换，而后再由对应端的第一电极或第二电极分别将光电信号导出，最后通过两种圆偏态的光强度比较计算可以获知入射光的圆偏态信息，结构紧凑，使用灵活，检测精度高，稳定性好。
为了使光电转换过程具有一致性，作为优选，所述第一光敏区和第二光敏区对称扩散在介质层基底内。
为了提高圆偏态光线的透射率，作为优选，所述增透膜层的厚度为180～260nm
为了提高圆偏态光线的偏振态选择效率，作为优选，所述左旋金属螺旋线阵列中包括至少一个金属螺旋线圈，所述右旋金属螺旋线阵列中也包括至少一个金属螺旋线圈，每个所述金属螺旋线圈的线直径均为60nm～160nm，两个所述金属螺旋线圈阵列中，相邻两个所述金属螺旋线圈之间的间距均为200nm～600nm。
为了提高对应旋向的圆偏态光线的偏振滤光精度，作为优选，每个所述金属螺旋线圈的螺旋圈数均为2～5圈，螺旋节距均为300nm～620nm，螺旋直径均为120nm～310nm。
本发明还提供了一种近红外集成式圆偏态检测探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1、把第一光敏区和第二光敏区对称扩散在介质层基底的同一端内；
S2、在介质层基底的一侧对称固设第一电极和第二电极，并使第一光敏区对应连接第一电极，第二光敏区对应连接第二电极；
S3、在介质层基底另一侧设置一层增透膜层；
S4、在增透膜层上旋涂一层高分辨率光刻胶；
S5、通过三维激光直写技术写入三维螺旋结构；
S6、去除光刻胶曝光图形；
S7、通过电镀方法形成金属螺旋结构；
S8、最后将胶祛除。
目前常用的探测方法存在体积大、装配精度要求高，以及色散等问题，本发明采用两种不同旋向的金属螺旋线阵列对光的圆偏态进行提取，金属螺旋线阵列通过激光直写与电镀技术集成在探测器表面，极大地减小了体积、提高了集成度与稳定性，并且具有工作波长范围宽的优势。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明由介质层基底4等组成，在所述介质层基底4的一端设有光敏单元，所述光敏单元包括第一光敏区5和第二光敏区6，在所述第一光敏区5上对应连接有第一电极7，在所述第二光敏区6上对应连接有第二电极8，所述第一光敏区5和第二光敏区6对称扩散在介质层基底4内。
该介质层基底4的另一端设有增透膜层3，所述增透膜层3的厚度为180～260nm，优选为220nm，在所述增透膜层3上设有左旋金属螺旋线阵列1和右旋金属螺旋线阵列2，所述左旋金属螺旋线阵列1设在朝向第一光敏区5的一侧，所述右旋金属螺旋线阵列2设在朝向第二光敏区6的一侧。
所述左旋金属螺旋线阵列1中包括六排金属螺旋线圈，所述右旋金属螺旋线阵列2中也包括六排金属螺旋线圈，每个所述金属螺旋线圈的线直径均为60nm～160nm，优选为60nm；两个所述金属螺旋线圈阵列中，相邻两个所述金属螺旋线圈之间的间距均为200nm～600nm，优选为200nm；每个所述金属螺旋线圈的螺旋圈数均为2～5圈，优选为5圈；螺旋节距均为300nm～620nm，优选为300nm；螺旋直径均为120nm～310nm，优选为150nm。
本发明包括以下制备过程：
S1、把第一光敏区5和第二光敏区6对称扩散在介质层基底4的同一端内，用于对入射光进行光电转换；
S2、在介质层基底(4)的一侧对称固设第一电极(7)和第二电极(8)，并使第一光敏区(5)对应连接第一电极(7)，第二光敏区(6)对应连接第二电极(8)，用于于收集对应旋向的圆偏光发生光电转换后的电信号；
S3、在介质层基底(4)的另一侧设置一层增透膜层(3)，用以提高透光率并为金属螺旋线提供承载
S4、在增透膜层3上旋涂一层高分辨率光刻胶，作为预制模板；
S5、通过三维激光直写技术写入三维螺旋结构，精度高，建模准确率高；
S6、去除光刻胶曝光图形，形成螺旋形空气间隙立体图形；
S7、通过电镀方法在螺旋形空气间隙立体图形中形成金属螺旋结构，成型稳定；
S8、最后将胶祛除，防止杂质和光刻残胶影响偏振滤光精度。
本发明的使用方法如下：
由图1所示，可以让光线同时通过左旋金属螺旋线阵列1和右旋金属螺旋线阵列2，对于左旋金属螺旋线阵列1，当左旋圆偏光入射左旋金属螺旋线阵列1中会产生较强的感应电流，且电流以驻波形式在左旋金属螺旋线阵列1中传输，入射光被左旋金属螺旋线阵列1接收而不能通过；当右旋圆偏光入射左旋金属螺旋线阵列1中的感应电流较小，大部分入射光可以通过左旋金属螺旋线阵1；同理，对于右旋金属螺旋线阵列2，左旋圆偏光可以通过，而右旋圆偏光则被右旋金属螺旋线阵列2吸收，入射光分别经过不同旋向的技术螺旋线阵列，再经增透膜层3、介质层基底4，由对应端的第一光敏区5或第二光敏区6进行光电转换，再由对应的第一电极7或第二电极8将光电信号进行导出，最后通过两种圆偏态的光强度比较计算可以获知入射光的圆偏态信息。
当光线分别从左旋金属螺旋线阵列1或右旋金属螺旋线阵列2入射时，通过左旋金属螺旋线阵列1的大部分是光线中的右旋圆偏光，通过右旋金属螺旋线阵列2的大部分是光线中的左旋圆偏光，再根据光线通过两个阵列各自到达对应光敏区进行光电转换，最后通过两种圆偏态的光电信号强度比较计算，以获知入射光的圆偏态信息，结构紧凑，使用灵活，检测精度高，稳定性好。
本发明未描述部分与现有技术一致，在此不作赘述。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。
Claims (6)
1.一种近红外集成式圆偏态检测探测器，其特征在于：包括介质层基底(4)，在所述介质层基底(4)的一端设有光敏单元，所述光敏单元包括第一光敏区(5)和第二光敏区(6)，在所述第一光敏区(5)上对应连接有第一电极(7)，在所述第二光敏区(6)上对应连接有第二电极(8)；该介质层基底(4)的另一端设有增透膜层(3)，在所述增透膜层(3)上设有左旋金属螺旋线阵列(1)和右旋金属螺旋线阵列(2)，所述左旋金属螺旋线阵列(1)设在朝向第一光敏区(5)的一侧，所述右旋金属螺旋线阵列(2)设在朝向第二光敏区(6)的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种近红外集成式圆偏态检测探测器，其特征在于：所述第一光敏区(5)和第二光敏区(6)对称扩散在入介质层基底(4)内。
3.根据权利要求1所述的一种近红外集成式圆偏态检测探测器，其特征在于：所述增透膜层(3)的厚度为180～260nm。
4.根据权利要求1所述的一种近红外集成式圆偏态检测探测器，其特征在于：所述左旋金属螺旋线阵列(1)中包括至少一个金属螺旋线圈，所述右旋金属螺旋线阵列(2)中也包括至少一个金属螺旋线圈，每个所述金属螺旋线圈的线直径均为60nm～160nm，两个所述金属螺旋线圈阵列中，相邻两个所述金属螺旋线圈之间的间距均为200nm～600nm。
5.根据权利要求4所述的一种近红外集成式圆偏态检测探测器，其特征在于：每个所述金属螺旋线圈的螺旋圈数均为2～5圈，螺旋节距均为300nm～620nm，螺旋直径均为120nm～310nm。
6.一种近红外集成式圆偏态检测探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1、把第一光敏区(5)和第二光敏区(6)对称扩散在介质层基底(4)的同一端内；
S2、在介质层基底(4)的一侧对称固设第一电极(7)和第二电极(8)，并使第一光敏区(5)对应连接第一电极(7)，第二光敏区(6)对应连接第二电极(8)；
S3、在介质层基底(4)的另一侧设置一层增透膜层(3)；
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