нанополяризатор (англ. nanowire-grid polarizer) — синтетический объемный или пленочный композитный материал, обладающий анизотропией пропускания и/или отражения, обусловленной структурой его компонент.

Описание

Объемные поляризаторы для ближнего инфракрасного диапазона изготавливаются из стекла, содержащего металлические наночастицы вытянутой формы, ориентированные вдоль некоторой оси. Поляризаторы Polar Cor производства компании Corning, США изготавливаются из боросиликатного стекла, содержащего анизотропные наночастицы серебра, а в поляризаторах производства фирмы HOYA Corp., Япония, вместо частиц серебра используются частицы меди.

Недавно разработано два типа пленочных поляризационных материалов, использующих различные механизмы создания анизотропии отражения [1-3]. В пленочном поляризаторе, разработанном компанией NanoOpto Corporation (США), используется анизотропия отражения от металлического зеркала, изготовленного в виде периодической решетки нанометрового размера (см. рис. 1). Пленочный поляризатор, созданный фирмой Photonic Lattice Inc. (Япония), использует анизотропию отражения от гофрированной многослойной диэлектрической пленки, структура которой показана на рис. 2.

Принцип действия поляризаторов на основе многослойных структурированных пленок основан на том, что периодические диэлектрические структуры обладают двулучепреломлением формы. Это значит, что эффективный показатель преломления слоев зависит от поляризации света. При этом спектр отражения многослойного диэлектрического зеркала зависит от значений показателей преломления в слоях. Следовательно, если из анизотропных структур создать многослойное покрытие, то спектр отражения такого зеркала будет обладать сильной анизотропией. Спектры пропускания типичного многослойного диэлектрического зеркала на основе периодической наноструктуры для двух ортогональных поляризаций приведены на рис. 3. Отметим, что многослойная структурированная пленка фактически является анизотропным одномерным фотонным кристаллом.

Принцип работы поляризаторов на основе металлических линейных наноструктур (линейных решеток) основан на резком уменьшении коэффициента отражения от такой структуры для излучения с ориентацией вектора электрического поля, перпендикулярной штрихам решетки. Линейные решетки с металлическими «штрихами» используются в качестве поляризаторов еще со времен первых опытов Герца по изучению электромагнитных волн. Однако до недавнего времени такие устройства использовались только в радиодиапазоне электромагнитных волн. Если линейная решетка состоит из тонких проводящих штрихов с периодом меньше длины волны, то такая структура принципиально по разному действует на световые волны, поляризованные вдоль штрихов и перпендикулярно им. В первом случае решетка ведет себя так же, как и сплошная металлическая поверхность, а во втором случае – как диэлектрик.

Поляризаторы широко используются в пассивных и активных компонентах современных волоконно-оптических систем связи. Они пропускают линейно-поляризованное излучение с направлением электрического поля, совпадающим с направлением оси пропускания, и блокируют компоненту с ортогональной поляризацией (см. рис. 4). Если блокируемая компонента не поглощается, а отражается, то устройство может выполнять функции поляризационного делителя или объединителя световых пучков.

Иллюстрации

Рис. 1. Металло-диэлектрический нанополяризатор представляет собой решетку периодически расположенны
Рис. 1. Металло-диэлектрический нанополяризатор представляет собой решетку периодически расположенных (с периодом порядка ста нанометров) нитевидных проводников на поверхности диэлектрика. Излучение, поляризованное так, что электрическое поле параллельно нитевидным проводникам, отражается от наноструктуры, а излучение, поляризованное ортогонально нитям, проходит через наносруктуру почти без потерь.
Источник: Lightwave Russian Edition, 2006, № 3, с. 50.
Рис. 2. Диэлектрический отражательный нанополяризатор представляет собой гофрированную многослойную
Рис. 2. Диэлектрический отражательный нанополяризатор представляет собой гофрированную многослойную диэлектрическую пленку. В качестве материалов с большим и малым показателями преломления используются кремний (Si) и его двуокись (SiO2).
Источник: Lightwave Russian Edition, 2006, № 3, с. 50.
Рис. 3. Типичный спектр пропускания многослойной периодической нан

Рис. 3. Типичный спектр пропускания многослойной периодической наноструктуры. Δ - рабочий спектральный диапазон поляризатора на основе такой структуры. ТЕ - волна с ориентацией электрического вектора перпендикулярно плоскости падения. ТМ - волна с ориентацией магнитного вектора перпендикулярно плоскости падения.

Источник: Lightwave Russian Edition, 2006, № 3, с. 50.
Рис. 4. Прохождение светового пучка через поляризатор. Справа на поляризатор падает неполяризованное
Рис. 4. Прохождение светового пучка через поляризатор. Справа на поляризатор падает неполяризованное излучение, однако через поляризатор проходит только излучение, поляризованное вдоль оси пропускания поляризатора. Излучение ортогональной поляризации может быть направлено по другому пути. В этом случае поляризатор превращается в делитель светового пучка. Если направление всех лучей изменить на противоположное, то устройство будет работать как объединитель поляризованных пучков.
Источник: Lightwave Russian Edition, 2006, № 3, с. 49.

Автор

  • Павлова Елена Григорьевна

Источники

  1. Павлова Е.Г. Поляризаторы на основе пленочных наноструктур и их применение в волоконно-оптических системах связи // Lightwave Russian Edition - № 3, 2006 - С. 49–52
  2. Wang J.J. et al. Innovative high performance nanowire-grid polarizers and integrated isolators // IEEE j. of Selected Topics in QE.- vol. 11, 2005 - pp. 241–253
  3. Tyan R., Sun P. et al. Polarizing beam splitter based on the anisotropic spectral reflectivity characteristic of form birefringent multilayer gratings // Opt. Lett. - vol. 21, 1996, - pp. 761–763
  4. Taylor M., Bucher G. High contrast polarizers for the near infrared // Proc. SPIE, Polarization Considerations for Optical Systems II - vol. 1166, 1989 - pp. 446–453

Напишите нам