像素偏振片阵列制备及其在偏振图像增强中的应用.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)184204像素偏振片阵列制备及其在偏振图像增强中的应用冰张志刚)董凤良2)张青川1)1褚卫国2){仇康)程腾)高杰)伍小平)1)(中国科学技术大学近代力学系，中国科学院材料力学行为与设计重点实验室，合肥230027)2)(国家纳米科学中心纳米加工技术实验室，北京100190)(2014年2月26日收到；2014年4月10日收到修改稿)像素偏振片阵列在实时测量光的斯托克斯参量方面具有重要的应用．本文设计和制作了基于金属铝纳米光栅的像素偏

2、振片阵列，制作工艺基于电子束曝光技术．偏振片阵列单元尺寸为7．4m，每相邻2×2单元的透偏振方向分别为0，／4，7【／2和37~／4．光栅周期为140nm，占空比为0．5，深度100am，光栅面型为矩形．像素偏振片阵列的扫描电子显微镜照片显示，制备的偏振片阵列的金属纳米光栅栅线无断线、无交叉、无杂物污染，光栅栅线结构平直，厚度均匀，满足理想矩形面型．采用偏振光作为照明光的光学显微镜拍摄图片显示，像素偏振片阵列整体形状规则，具有很好的偏振特性，最大偏振透射率可达到79．3％，消光比可达到454．将像素偏振片

3、阵列与CCD(chargecoupleddevice)集成在一起，采集单帧图像即可计算图像的斯托克斯参量，从而得到拍摄物体线偏振度图像和线偏振角图像，实现了偏振增强，可应用于目标反隐和识别．关键词：偏振片阵列，金属纳米光栅，偏振透射率，消光比PACS：42．25．Ja，42．87．Bg，81．16．NdDOh10．7498／aps．63．184204他墨鱼探测到，实现种内识别和沟通【4J_1引言受到沙蚁、墨鱼等生物的启发，科研工作者开展了大量的仿生研究，如多方向金属光栅偏振器的自然界中，一些生物具有感受光

4、的偏振信息的偏振导航设备、基于金属光栅的像素偏振片阵列设能力，如沙蚁、蜜蜂、墨鱼等【1]．这是人类所不具备备．大连理工大学的褚金奎课题组制作了多个不同的．这些生物能够感受和探测到光的偏振特性和隐方向的金属光栅偏振器，并将该偏振器应用于偏振藏在其中独特的信息，并用于导航和图像增强等方导航传感器上，在晴朗天气下获得了很好的导航作面．研究发现，沙蚁等生物复眼内部具有对天空偏用[5I6]．另外，将像素偏振片阵列集成在图像传感振光敏感的独特结构，能够感知偏振光在天空中强器之前f偏振片阵列的单元尺寸与图像传感器像素度

5、和方向的分布模式，并利用其来实现导航定位的目的．这种导航方式不受电磁干扰，误差不随时间尺寸一致，每相邻2×2个单元的透偏振方向分别累积，具有广泛的应用前景【0，引．墨鱼具有偏振视为0，兀／4，7【／2，37【／4)，可实时获得光的斯托克斯参觉能力，当其伪装在淤泥中时，其自身表面反射的量，已被应用于图像偏振视觉增强【，引．另外，应用光与周围淤泥漫反射的光的偏振信息不同，可被其光学方法检测试件形貌变形以及应力应变可实现国家重点基础研究发展计划(批准号：2011CB302105)、国家自然科学基金(批准号：11

6、332010，11102201，11372300)和中国科学院科研装备研制项目(批准号：YZ201265)资助的课题．十通讯作者．E—mail：zhangqc@ustc．edu．an{通讯作者．E—mail：wgchu~nanoctr．an本文共同第一作者@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyt：／／wulixb．inhy．ac．cn物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)184204无损检测[9-14]，但往往不能实时检测物光相位，而周期与入射光

7、波长的关系．当光栅周期大于入射采用偏振片阵列能够克服这一问题，因此可被应用光波长时，光栅具有多级衍射波，此时光栅可用作于实时相移数字全息【15_、实时三维显微观测[16】等衍射光栅[23-26】或波导光栅[27]，但不能作为偏振方面．器；当光栅周期远小于入射光波长时，光栅只有零目前掌握像素偏振片阵列制作工艺的国家为级衍射波，偏振性很强，可作为良好的偏振器使用．美国和日本，但对我国禁运像素偏振片阵列芯片．因此，金属光栅的零级透射率存在临界周期点，且因此我们课题组在国内率先开展了像素偏振片阵临界周期的产生几乎

8、是随波长成线性关系[28]，为列的制作研究．像素偏振片阵列的每个单元尺寸与了使得可见光波段的光都能够满足临界透射条件，所需要搭配使用的感光元件(电荷耦合器件(CCD)周期需尽可能小，制备时选用140nm作为光栅周或互补金属氧化物半导体(CMOS))的像素尺寸相期．纳米光栅偏振器的透射效率随占空比增大而增一致，并在组装时将偏振片阵列的单元与感光元大，消光比随占空比增大而减小，最佳占空比选为件的像素单元一一对应．像素偏振片阵列中每