一种可动态调节非对称传输信号的光学偏振器及其使用方法技术

本发明专利技术涉及一种光学器件，具体涉及一种可动态调节非对称传输信号的光学偏振器及其使用方法，包括由多个结构相同的周期单元按矩形周期阵列排列而成的单层手性结构，金属纳米结构单元由一个金属纳米棒和一个“S”形金属纳米结构构成，金属纳米棒由第一组成块和第二组成块连接构成，第一组成块由金属镁材料制成，第二组成块和“S”形金属纳米结构由贵金属材料制成。该结构可以通过脱氢吸氢作用调节纳米金属棒的相对有效长度来实现调节非对称传输模式的大小和位置的目的，且该结构可一体成型，使用时只需要根据需要进行吸氢或者脱氢作用即可实现对该结构非对称传输信号的调节，制备和使用方法简单方便，易于操作。

An optical polarizer capable of dynamically adjusting asymmetric transmission signals and its usage

The invention relates to an optical device, in particular to an optical polarizer capable of dynamically adjusting asymmetric transmission signals and its use method, including a single layer chiral structure arranged by a rectangular periodic array of multiple periodic units with the same structure, and a metal nanostructure unit consisting of a metal nanorod and a \S\ shaped gold. The metal nanorod is composed of a first component and a second component. The first component is made of magnesium metal. The second component and the \S\ shaped metal nanostructure are made of precious metal materials. The structure can adjust the size and position of the asymmetric transmission mode by adjusting the relative effective length of the nano-metal rod through dehydrogenation and hydrogen absorption, and the structure can be formed in one body. The asymmetric transmission signal of the structure can be adjusted only by hydrogen absorption or dehydrogenation according to the need. The preparation and use method is simple, convenient and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种可动态调节非对称传输信号的光学偏振器及其使用方法
本专利技术属于光学器件
，具体涉及一种可动态调节非对称传输信号的光学偏振器及其使用方法。
技术介绍
非对称传输（AsymmetricTransmission，AT）是指传输系统对沿不同传输方向入射的电磁波表现出不同的转化性能。如图1（a）所示，对于一个极化转换非对称传输系统A来说，从系统A正面入射的左旋光（leftcircularlypolarized，LCP）经过系统A后，接收到的右旋光（rightcircularlypolarized，RCP）的透射率为，从系统A背面入射的左旋光经过系统A后接收到的右旋光的透射率为。其中箭头方向表示从传输系统的正面或背面入射，下标“-”表示入射光为左旋光，“+”表示出射光为右旋光。一个偏振态光的总透射率为：,.则对于系统A极化转换的非对称传输可以表示为：又通过洛伦兹变化：，=得到：上述表达式表明沿圆偏振光入射-z方向激发的非对称传输的值和在+z方向激发的非对称传输的值相反。为了清楚和明确的表述，在本专利技术中我们规定圆偏振光沿-z方向入射。其表示的物理意义如图1（b）所示，从正面入射到系统A的左旋光，经过系统A后转换为的右旋光，与从正面入射到系统A的右旋光，经过系统A后转换为的左旋的转换率是不同的。对于从背面入射时非对称传输的值是相同的。传统实现非对称传输的系统通常利用的是互易材料或器件制成的，电磁波同样具有互易性，即电磁波的传播路径的可逆性。对于非对称传输来说，其包括很多内容，如透射强度、旋光度、以及极化转换等。而大多数可以实现极化转换的非对称传输光学系统都为多层结构，大多利用层与层之间的耦合作用来实现对于不同偏振的电磁波进行转化。对于这些双层或多层结构每一层来说，他们并不具备手性，但由于层与层之间存在旋转角，使得整个结构具备了手性。对于这种多层的手性结构一般都具备良好的非对称传输特性，但是由于其结构复杂，在实验中一般都难以制备，实际生产制造难度更大。单层手性结构也具备极化转换的非对称传输特性，并且制备方法相对于双层和多层结构都比较容易。对于平面手性结构，大多数只将重心放在了解释造成对于不同极化转换率时，电荷或电流的不同分布，而对于不同的极化转化模式的调控并没有进行细致的研究。通常改变一个结构的几何参数时同时会改变其极化转换及对应的非对称传输光谱的共振位置及强度，但对于左右旋两种偏振光的极化转换的相对大小的调节几乎没有影响。而且一种特定的结构只能实现或者产生某一特定的模式，无法实现在一定程度上的动态调节，若要改变模式或者生成一种新的模式就需要重新设计制作新的结构，制作周期长，劳动成本高。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的偏振光的极化转换的相对大小无法调节的问题，本专利技术提供了一种可动态调节非对称传输信号的光学偏振器及其使用方法，该结构可以通过调节纳米金属棒的相对有效长度来实现调节非对称传输模式的大小和位置的目的，且该结构可一体成型，后期使用时只需要根据需要进行吸氢或者脱氢作用即可实现对该结构非对称传输信号的调节，制备和使用方法简单方便，易于操作。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种可动态调节非对称传输的光学偏振器，包括由多个结构相同的周期单元按矩形周期阵列排列而成的单层手性结构；所述每个周期单元中都包含一个金属纳米结构单元；所述金属纳米结构单元由一个金属纳米棒和一个“S”形金属纳米结构构成；所述金属纳米棒和所述“S”形金属纳米结构位于同一平面；所述金属纳米棒由第一组成块和第二组成块连接构成；所述第一组成块由金属镁材料制成；所述第二组成块和所述“S”形金属纳米结构由贵金属材料制成。进一步的，所述金属纳米棒位于所述“S”形金属纳米结构旁侧；所述金属纳米棒长边与所述“S”形金属纳米结构的长轴线互相平行。进一步的，所述“S”形金属纳米结构由第三组成块和第四组成块通过端口连接构成；所述第三组成块和第四组成块形状为半圆环。进一步的，所述第三组成块的圆环外径r小于所述第四组成块的圆环外径R；所述金属纳米棒、所述第三组成块半圆环和所述第四组成块半圆环的宽度w相等。进一步的，所述的光学偏振器的使用方法，包括以下步骤：步骤1，在室温下，将所述光学偏振器置于充满氢气的密闭装置中，加入催化剂钯，静置30min以上，所述第一组成块中的金属镁与氢气发生氢化反应生成氢化镁，也就等同于介质，所述光学偏振器的金属纳米棒有效长度发生改变，随之改变其非对称传输特性；步骤2，在室温下，将氢化后的光学偏振器置于氧气环境中，氢化镁发生氧化脱氢反应，所述第一组成块还原为金属镁，所述光学偏振器的金属纳米棒有效长度还原至初始；通过上述步骤1和步骤2的转换，即可实现所述光学偏振器非对称传输信号的调节。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本专利技术光学偏振器是一个由两个简单的结构金属纳米棒和“S”形金属纳米结构阵列组合而成的平面周期结构。本结构具有平面手性，对不同圆偏振光可以产生不同的极化转化率，可通过调节该结构的几何参数实现对不同偏振光转化率的调节。由于结构简单，且该结构为平面手性结构，平面结构相比于双层和多层手性结构制备工艺都比较容易，无需镀多层二氧化硅层和导电胶，尤其是在电子束曝光结构图形时省时快捷，能很好的被完善的平面制造技术所实现，速度快，效率高。2.本专利技术光学偏振器中，单独的一个“S”形结构的非对称传输效应特别低，单独的一个纳米金属棒不具有非对称传输效应，但将两者放到一起形成组合阵列，在LCP的照射下，金属表面的LSP（表面等离激元）形成电偶极子为主的共振模式，从而引起的高效圆偏振转换；而RCP照射下形成磁偶极子为主的共振模式导致低的圆偏振转换。本专利技术光学偏振器的金属纳米结构AT信号的强度从“S”形纳米阵列的5％显著增加到18％以上。3.本专利技术光学偏振器中纳米金属棒的有效长度改变，该结构的手性也会随之发生变化，非对称传输效应发生改变。本专利技术光学偏振器第一组成块由金属镁制成，通过金属镁的吸氢脱氢作用，金属镁发生从镁（金属）到氢化镁（介质）的转化，纳米金属棒的有效长度随之发生改变，该结构的共振位置和模式随之发生改变，故而达到对其非对称传输效应调节的目的。为光学偏振器的设计提供了一种新的思路，更为其他光学器件的研究提供了一种新的研究方向和思路，也可以通过AT信号进行氢气的探测，具有一定的指导意义。4.本专利技术光学偏振器的形成AT效应的振动模式主要集中在“S”形结构上，本专利技术光学偏振器的非对称传输模式的大小和位置既可以通过旁侧的纳米金属棒进行调节，也可以通过“S”形结构自身进行调节，调节方式多样，又相互独立。5.本专利技术光学偏振器中平面手性结构可一体成型，制备工艺简单快捷，在后期使用时只需根据需要进行吸氢或者脱氢作用即可实现对该结构非对称传输效应的调节，制备工艺和使用方法简单方便，易于操作。6.本专利技术光学偏振器具有强非对称传输效应，可以通过本专利技术的结构变化和第一组成块状态的变化调节可以实现非对称传输信号大小及位置的可预测式的调节，并且可获得各种偏振态的光，即出射光中有左旋偏振光、右旋偏振光、线偏振光以及椭圆偏振光，再通过其他的结构（偏振片）可以获得其中任意一种偏振态的光，并加以利用，应用于偏振变换器、电磁、偏振旋转器等装置的设计。7.Mg价本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可动态调节非对称传输的光学偏振器，包括由多个结构相同的周期单元按矩形周期阵列排列而成的单层手性结构；其特征在于：所述每个周期单元中都包含一个金属纳米结构单元；所述金属纳米结构单元由一个金属纳米棒（1）和一个“S”形金属纳米结构（2）构成；所述金属纳米棒（1）和所述 “S”形金属纳米结构（2）位于同一平面；所述金属纳米棒（1）由第一组成块（11）和第二组成块（12）连接构成；所述第一组成块（11）由金属镁材料制成；所述第二组成块（12）和所述“S”形金属纳米结构（2）由贵金属材料制成。

【技术特征摘要】
1.一种可动态调节非对称传输的光学偏振器，包括由多个结构相同的周期单元按矩形周期阵列排列而成的单层手性结构；其特征在于：所述每个周期单元中都包含一个金属纳米结构单元；所述金属纳米结构单元由一个金属纳米棒（1）和一个“S”形金属纳米结构（2）构成；所述金属纳米棒（1）和所述“S”形金属纳米结构（2）位于同一平面；所述金属纳米棒（1）由第一组成块（11）和第二组成块（12）连接构成；所述第一组成块（11）由金属镁材料制成；所述第二组成块（12）和所述“S”形金属纳米结构（2）由贵金属材料制成。2.由权利要求1所述的光学偏振器，其特征在于：所述金属纳米棒（1）位于所述“S”形金属纳米结构（2）旁侧；所述金属纳米棒（1）长边与所述“S”形金属纳米结构（2）的长轴线互相平行。3.由权利要求2所述的光学偏振器，其特征在于：所述“S”形金属纳米结构（2）由第三组成块（21）和第四组成块（22）通过端口连接构成；所述第三组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文静，
申请(专利权)人：西安柯莱特信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61