文 献 综 述

1808年，马吕斯（Malus）在实验中发现了光的偏振现象，即光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象，有力说明了光是横波，论证了光的波动理论。使一束自然光以57#176;角入射在普通玻璃板M 上，反射光线以同样的入射角反射到玻璃板N 上，当玻璃板N 围绕此反射光线转动时，从N 产生的反射光线强度会发生变化。在M 和N的入射面平行时反射光最强，而M 和N 的入射面垂直时时反射光近乎为零。实验揭示了M 的反射光是线偏振光，振动方向与入射面垂直，N 的作用是检测光是否偏振。类似于马吕斯实验，近百年之后，1906 年巴克拉（Barkla）的双散射实验首次显示了X 射线的横波偏振特性。

在自然界中的某些物质，它可以吸收在一个方向振动的光，而使与这个方向垂直振动的光通过，这种物质称为二向色性物质。早在1815 年毕奥（Biot）就发现了电气石晶体的二向色性（dichroism），利用它制造了第一批电气石晶体起偏器。而一个偏振器件只允许一个特定平面内振动的光通过，这个平面称为偏振面，这个偏振方向称为偏振器的透光轴，依据此原理可以制成偏振片。

根据获取方式分类，偏振片可分为天然偏振片、人造偏振片。天然偏振片可以由具有特殊分子排列的晶体制成，通常很难找到合适的晶体，加工比较考究，很难获得，因此价格昂贵。人造偏振片由于制造工艺简单、价格便宜，并可制成较大面积，因而得到广泛的应用。1938年，兰德（Land）发明了H偏振片，这种偏振片并不包含二向色晶体，而是用分子栅栏替代。兰德将聚乙烯醇薄膜在水蒸气浴中均匀加热拉伸，使那些无序的相互纠合着的长键分子在沿同一方向拉伸过程中排列整齐，然后把它浸入到含碘溶液中，使碘分子聚合到已被拉直的分子上去，形成一条碘链，经晾干便成为性能优良的H 型人造偏振片，这是目前采用最多的起偏器。

光栅作为一种常用的光学元件，在各类光学系统中起着重要作用。光栅主要有色散、分束、偏振及相位匹配四个基本特性。以前光栅的应用大都基于光栅的色散和分束特性，而对具有偏振特性的偏振光栅的研究相对较少。 近年来，人们逐步认识到光栅具有优良的偏振特性，并开展了大量的研究。理论和实验都表明，当光栅的周期尺寸接近或者小于入射光波长时，将表现出较强的偏振特性，利用光栅的偏振特性，可以制作各种偏光器件，如偏振光检测器、偏振分束器、相位延迟器、各种波片等。光栅的周期小于入射光的波长称为亚波长光栅，亚波长光栅具有特殊的偏振衍射特性，可以实现偏振、分束、增透、高反、窄带滤波等功能，基于光栅偏振特性的亚波长偏振光栅作为一种新型偏振光学元件，通过对光波偏振态的周期性调制，产生一种偏振依赖的衍射场，可将单色平面波分裂成若干束具有不同偏振态的子光波。偏振光栅按光栅周期的空间变化可以分为一维、二维、准周期和连续四种结构：

20世纪80年代V.V.Nevdakh等通过实验的方法对光栅的偏振特性进行了的研究，同时D.C.Flanders和R.C.Enger等分别通过Ｘ射线光刻和全息方法制作了1/4波片光栅。随后，P.P.Finet等分别研究了矩形和正弦亚波长光栅的偏振特性及衍射效率；L.Nikolova等研究了全息相位偏振光栅的衍射效率与偏振态之间的依赖关系。1999年F.Gori通过研究提出正弦偏振光栅可以将任意偏振态的单色平面波分解成具有三种偏振态的子光波，可用于测量斯托克斯（Stokes）参量，他的研究成果开启了偏振光栅研究的大门，具有里程碑的意义。

偏振光栅按材质的不同大致可以分为介质偏振光栅和金属偏振光栅两大类型，此次我们主要研究金属光栅。当金属光栅的周期小于入射光波长时，将表现出偏振特性，金属光栅结构具有偏振性能的原因在于垂直于光栅矢量的ｓ偏振（ＴＥ偏振）和平行于光栅矢量的ｐ偏振（ＴＭ偏振）偏振光的边界条件不同，其等效折射率也不同。我们知道，偏振片发展最基本的目标是在维持高偏振度下增加光的透过率，而通过实验上研究发现，通过结构参数的改变，透射系数与多个因素有关：如结构周期、孔的形状、入射角度、金属层厚度，以及上下接触媒质的介电性质等。

集成光路是目前光学研究的热点方向，类似于集成电路，集成光路就是试图把传统的光学元件、器件组合在一块固体上，将传统的一系列分立光学器件如棱镜、透镜、光栅、光耦合器等平面化、微型化后形成的一种集成化了的光学系统，以使光学系统缩小体积、减轻重量、增强抗振能力、减小功耗、提高可靠性、增加带宽和降低噪声。相应的，各类光学器件也要往微米、纳米级的方向缩小从而方便集成光路的设计，所以我们此次希望寻找最佳的光栅结构，实现可见光波段的纳米偏振片，也即是基于纳米光栅阵列的宽带偏振片研究。

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