亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性, 采用严格耦合波法设计并制作了一种柔性双层金属光栅偏振器, 通过纳米压印技术在方形的 PC（Polycarbonate, 聚碳酸酯）上制备了周期为 278 nm, 深度为 110 nm, 占空比为 0.5的亚波长光栅, 通过磁控溅射技术在制作的介质光栅上沉积了 70 nm的金属铝层, 制作了具有双层金属结构的柔性双层金属光栅偏振器, 并用光谱测试系统进行了简单的性能测试。实验结果表明, 当入射光波长范围在 350～800 nm时, 制作的柔性双层光栅偏振器偏振特性优良, 且具有非常高的透过率和消光比, 分别高达 48%和 100000。该制作工艺只由纳米压印和金属蒸镀完成, 省去了复杂的涂胶、剥离及刻蚀, 因此在大批量生产偏振器方面具有很明显的优势, 可普遍用于光探测器件、光电开光等半导体光电子器件的制作过程。

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性,因此利用纳米压印技术在方形的PC(Polycarbonate,聚碳酸酯)上制作了一种亚波长金属纳米光栅偏振器,其周期为278 nm,深度为110 nm,占空比为0.5,沉积的金属铝层为70 nm。然后采用光谱测试系统对制作的亚波长金属光栅偏振器进行了简单的性能测试。实验结果表明:当入射光波长在600 nm时,制作的亚波长金属光栅偏振器具有较好的偏振特性,其TM偏振光透射效率高达55%,且消光比高达32 dB。另外,利用实验室前期制作的6通道传感器对制作的偏振器性能进行了测试,测试结果显示制作的偏振器的平均误差为0.2002°,最大误差为1.105°,标准误差为0.7255°。该制作工艺只涉及纳米压印工艺和金属蒸镀工艺两个工艺步骤,制作过程不涉及压印胶的涂覆、剥离和刻蚀工艺,因此在低成本、批量化制作大面积的偏振器方面具有很明显的优势,可普遍用于光探测器件、光电开光等半导体光电子器件的制作。

针对强激光系统中常用的1 053 nm激光器进行了偏振光栅结构的优化设计。利用严格耦合波理论分析了光栅偏振器的衍射特性及消光比, 分析显示偏振光栅周期为600 nm, 占宽比为0.535~0.55, 槽形深度为1 395 nm~1 420 nm时, 可保证其在1 053 nm波长下, 透射率高于95%, 消光比大于1 500。基于分析结果, 利用全息光刻技术制作了高质量光刻胶光栅掩模, 并采用倾斜转动的离子束刻蚀结合反应离子束刻蚀的方法对该光刻胶光栅掩模进行图形转移, 制作了底部占宽比为0.54, 槽形深度为1 400 nm的光栅偏振器。实验测量显示其透射率为92.9%, 消光比达到160。与其他制作光栅偏振器方法相比, 采用单光刻胶光栅掩模结合倾斜转动的离子束刻蚀工艺, 不但简化了制作工艺, 而且具有激光损伤阈值高、成本低的优点。由于该技术可制作大面积光栅, 特别利于在强激光系统中应用。

在同一聚碳酸酯基底上制作了6个不同方向的双层金属光栅偏振器, 用于消除分立器件带来的安装误差。将该偏振器应用于偏振导航传感器上并进行了测角精度测试, 基于神经网络法研究了角度测量的误差补偿方法。首先, 基于严格耦合波理论设计了一种亚波长双层金属光栅偏振器, 分析了它的周期和金属厚度对偏振器性能的影响, 其在510 nm波长入射时TM偏振光透射率高于71%, 消光比大于2 100。应用纳米压印技术在聚碳酸酯基底上加工制作了设计的偏振器, 其基底上设有6块结构参数相同但朝向不同的双层金属光栅结构。将此偏振器安装在偏振导航传感器上并在测试平台上测试了测角精度, 测试的原始误差在±1°以内; 经BP神经网络法误差补偿后, 测角误差在±0.2°以内。得到的结果可较好地满足偏振导航的要求。

基于严格耦合波理论分析了光栅面形误差对亚波长金属光栅偏振器偏振性能的影响.通过对数值结果的分析发现,光栅圆角误差、光栅侧壁倾斜误差和光栅表面粗糙误差对光栅的TM透射效率影响不大,但它们使得光栅的消光比明显降低.因此,面形误差使得光栅的偏振性能明显降低.理论分析表明,顶角为直角、侧壁垂直和表面光滑的理想矩形光栅结构的偏振性能最好.