CN1222790C - 用于可视光谱的嵌入式线栅偏振器 - Google Patents

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CN1222790C CNB018036058A CN01803605A CN1222790C CN 1222790 C CN1222790 C CN 1222790C CN B018036058 A CNB018036058 A CN B018036058A CN 01803605 A CN01803605 A CN 01803605A CN 1222790 C CN1222790 C CN 1222790C
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Abstract

一种用于可见光谱的嵌入式线栅偏振器(10)，它包括一排夹在第一和第二层(1，3)之间的平行间隔开的细长元件(5)。这些元件在它们之间形成有多个间隙(7)，这些间隙其折射率低于第一层的折射率。在这些元件以及第一和/或第二层之间可以形成有其折射率也低于所述层的折射率的区域。这些区域可以由形成在这些层中的薄膜层或肋条/凹槽形成。

Description

用于可视光谱的嵌入式线栅偏振器
技术领域
本发明涉及供电磁光谱的可见部分使用的偏振光学元件。更具体地说，本发明涉及有效地透射特定的偏振光同时有效地反射垂直偏振光的嵌入式或埋入式线栅偏振器。
背景技术
因为线栅偏振器是对波长敏感的光学装置，所以对于相同结构而言将偏振器嵌入在折射率大于1的材料或介质中往往会改变偏振器在空气中得到的性能。通常这个变化使得该偏振器不适合用于预定的用途。但是嵌入偏振器可以提供其它光学优点。例如，嵌入偏振器可以提供其它有益的光学特性，并且可以保护该偏振器，但是偏振器自身的性能或偏振会受到不利影响。因此，理想的是得到这种嵌入式线栅偏振器的最优性能。
线栅通常设置在基底例如玻璃的外表面上。一些线栅已经完全被嵌入在基底材料或玻璃中。例如，于1940年10月10日授权给Brown的美国专利2224214披露了通过使包裹在金属线周围的粉末熔融然后拉伸该玻璃和金属线来形成偏振器。同样，于1981年9月15日授权给Garvin等人的美国专利4289381披露了通过在基底上沉积一层金属喷镀层来形成格栅然后将基底材料沉积在该格栅上来形成偏振器。在每一种情况中，金属线或格栅由与基底相同的材料包围。如上所述，金属线或格栅的这种嵌入对格栅的光学性能产生不利影响。
于1998年5月5日授权给Tamada等人的美国专利5748368披露了一种窄带宽偏振器，该偏振器具有设置在基底上的格栅以及设置在格栅上的楔形玻璃板。还将匹配油施加在这些元件上面，该油匹配成具有与基底相同的折射率。因此，因为匹配油具有相同的折射率，所以该格栅基本上嵌入在基底或玻璃中。格栅的这种嵌入仍然会对格栅的光学性能产生不利的影响。
使用一排平行的导线来偏振无线电波可以回溯至110多年以前。通常以一排由透明基底支撑的平行细导线的形式的线栅也曾经被用作用来电磁光谱的红外部分的偏振器。
如在申请人的先前申请中所述，决定线栅偏振器性能的关键因素在于平行格栅元件的中心间距或周期和入射辐射的波长之间的关系。如果格栅间距或周期与波长相比较长的话，则格栅用作衍射光栅而不是偏振器，并且根据众所周知的原理使偏振光衍射(不必以相同的效率)。当格栅间距或周期比波长短得多时，该格栅用作偏振器，它反射与格栅元件平行地偏振的电磁辐射并且透射垂直偏振的辐射。
格栅周期在大致一半波长至两倍波长的范围内的过渡区域的特征在于，在格栅的透射和反射特性中会出现突然变化。具体地说，反射率突然增加并且透射率相应减小对于垂直于格栅元件偏振的光而言将在任意给定的入射角的情况下在一个或多个特定波长处出现。这些效应在1902年首先由Wood报道(1902年9月的Philosophical杂志)，并且通常被称为”Wood异常”。随后，Rayleigh分析了Wood的数据并且认为在波长和出现更高衍射级的角度的组合情况下出现异常(1907年7月的Philosophical杂志，第14(79)卷，第60-65页)。Rayleigh导出一个等式，用来推算出现异常的位置(这在学术中通常也被称为“Rayleigh谐振”)。
角关系的作用在于在角度增加时使透射区域转移到更大的波长上。这在该偏振器打算用作偏振光束分离器或偏振旋转镜的时候很重要。
线栅偏振器由多个由基底支撑的平行导电电极构成。这种装置的特征在于这些导线的间距或周期；各个导线的宽度；以及这些导线的厚度。由光源发出的光束以与垂直方向成角度Θ入射在偏振器上，并且入射的平面垂直于导电元件。该线栅偏振器将该光束分成镜面反射分量和非衍射的透射分量。对于比最长的谐振波长短的波长而言，还将至少有一种更高级的衍射分量。采用S和P偏振的常规定义，具有S偏振的光具有垂直于入射平面并因此与导电元件平行的偏振矢量。相反，具有P偏振的光具有平行于入射平面并因此垂直于导电元件的偏振矢量。
通常线栅偏振器将反射其电场矢量平行于格栅的导线的光并且透射其电场矢量垂直于格栅的导线的光，但是入射平面可以或不必如这里所述一样与格栅的导线垂直。
理想的是，格栅偏振器将用作一种偏振光例如S偏振光的全反射镜，并且优选对于其它偏振光例如P偏振光而言是透明的。但是，实际上即使用作反射镜的大多数反射金属吸收一小部分入射光并且只反射90％至95％，并且普通无色玻璃由于表面反射的缘故所以不会透射100％入射光。
申请人的在先申请显示出具有两种谐振的线栅偏振器的透射和反射，它们只是显著影响了偏振器对于P偏振的特性。对于沿着S方向偏振的入射光而言，偏振器的性能达到理想状态。S偏振的反射效率在从0.4μm到0.7μm的可见光谱上大于90％。在该波长带上，被透射的S偏振光小于2.5％，其余的被吸收。除了小部分被透射的分量之外，该线栅偏振器对于S偏振的特性非常类似于连续铝反射镜的特性。
对于P偏振而言，该线栅的透射和反射效率由在低于约0.5μm的波长处的谐振效应所控制。在0.5μm以上的波长处，该线栅结构用作对P偏振光的有损耗介电层。在该层中的损耗和来自这些表面的反射一起减小了P偏振光的透射。
申请人的在先申请还显示出不同类型的现有技术线栅偏振器的理论性能，如由Tamada在美国专利5748368中所述一样。如上所述，在两个基底之间已经使用了一种折射率相配的流体，从而该格栅由折射率恒定的介质所包围。该线栅结构在大约0.52μm的波长处呈现单谐振。存在有从大约0.58μm至0.62μm的狭窄波长区域，在那个区域中对于P偏振的反射率几乎接近于0。美国专利5748368披露了一种线栅偏振器，它利用了这个效应的优点从而实现了一种具有高消光比的窄带宽线栅偏振器。在Tamada专利说明书中给出的实施例采用了550nm的格栅周期，并且根据格栅厚度、导线宽度和形状以及入射角度产生出800至950nm的谐振波长。Tamada采用的谐振效应不同于其方位如上所述一样的谐振。虽然这两个谐振可以一致，但是它们不必是一致的。Tamada采用了这个第二谐振。另外，还会出现薄膜干涉效应。其中垂直偏振光的反射率小于百分之几的偏振器的带宽通常为中心波长的5％。虽然这种类型的窄带宽偏振器可以具有一些用途，但是许多可见光系统例如液晶显示器需要在400nm到700nm的可见光谱波长上具有均匀特性的偏振光学元件。
如在申请人的在先申请中所述，对于宽带宽偏振器的必要要求是，最长波长谐振位置必须被制止或转移到比应用的预定光谱短的波长上。最长波长谐振位置的波长可以采用三种方式减小。首先，可以降低格栅周期。但是降低格栅周期增加了制造该格栅结构的难度，尤其是因为格栅元件的厚度必须被保持为能确保反射的偏振光有足够的反射率。第二，可以将入射角限制在接近垂直的入射角上。但是，限制入射角会极大地降低该偏振器装置的实用性，并且阻碍了其用在例如投影液晶显示器的用途中，其中要求宽角度带宽集中在45度上。第三，可以降低基底的折射率。但是，可用于偏振器装置的大批量生产的成本节约基底只有几种薄板玻璃，例如Corning型1737F或Schott型AF45，所有这些玻璃其折射率在可见光谱上为1.5至1.53。
因此，需要一种在嵌入或埋入时性能最优的线栅偏振器。另外，需要这样一种线栅偏振器，它尤其用在需要宽波长带宽的可见光系统中。另外，需要这样一种偏振器结构，其中最长波长谐振位置可以消除或转移到更短的波长上。
发明概述
本发明的目的在于提供一种嵌入式线栅偏振器，该偏振器在整个可见光谱上具有高透射和反射效率。
本发明的另一个目的在于提供这样一种嵌入式线栅偏振器，该偏振器在用在大范围的入射角度上时可以具有如此高的效率。
本发明的这些和其它目的和优点可以在一种嵌入式线栅偏振器中实现，该偏振器包括一排夹在第一和第二层之间的平行间隔开的细长元件。这些元件在它们之间形成多个间隙，并且这些间隙的折射率小于第一或第二层的折射率。优选的是，这些间隙包含有空气或为真空。
这排元件被构成为与可见光谱中的光的电磁波相互作用以大体上反射大部分第一偏振光并且透射大部分第二偏振光。这些元件优选其周期小于0.3微米，并且宽度小于0.15微米。
根据本发明的一个方面，偏振器在这些元件以及第一和/或第二层之间具有这样的区域，这些区域的折射率小于这些层的折射率。在第一和/或第二层中在这些元件之间可以形成有折射率较低的多个凹槽。在第一和/或第二层以及这些元件之间可以设有薄膜，这些薄膜的折射率小于这些层的折射率。
根据本发明的另一个方面，可以设置在这些元件以及第一和/或第二层之间的薄膜或凹槽形成光学薄膜效应，该效应可以被用来进一步提高偏振器的性能。可以通过适当地调节这些薄膜或凹槽的厚度和/或数量和/或光学特性以达到所要求的偏振器整体性能来获得这个提高。
根据本发明的另一个方面，这些元件可以设置在立方体中，并且相对于立方体表面中的至少一个斜对地取向。或者，这些元件可以设置在一对透明板之间并且相对于这对透明板平行地取向。
根据本发明的另一个方面，排列的结构以及元件的尺寸可以是这样的，它们通常与这两层的一层或两层组合在可见光谱内产生出谐振效应。其折射率低于这两层中的一层或两层的间隙和/或薄膜和/或凹槽有利地使通常出现的谐振效应转移到更低的波长上。因此，加宽了不出现任何谐振效应的可见波长带。
从以下详细说明中并结合附图那些本领域普通技术人员将了解本发明的这些和其它目的、特征、优点和可选的方面。
附图的简要说明
图1为本发明的嵌入式线栅偏振器的优选实施方案的剖视图；
图2-9为本发明的嵌入式线栅偏振器的可选实施方案的剖视图；
图10为结合有本发明的嵌入式线栅偏振器的立方体的侧视图；
图11为结合有本发明的嵌入式线栅偏振器的一对玻璃板的侧视图。
优选实施方案的详细说明
现在参照附图，在这些附图中本发明的各种元件将被赋予数字标识，并且将对本发明进行说明以使得本领域普通技术人员能够制作并使用本发明。
如图1中所示，该图显示出本发明的嵌入式线栅偏振器的优选实施方案，该偏振器大体上由10来表示。偏振器10包括第一光学介质、材料、层或基底1；第二光学介质、材料或层3；以及多个夹在第一和第二层1和3之间的居间细长元件5。如上所述，虽然通过埋入或嵌入元件获得了某些优点，但是这些元件的偏振作用或性能受到了不利影响。因此，如下所述本发明的偏振器10被设计成在被嵌入时使性能达到最优。
第一和第二层1和3具有彼此面对的相应第一和第二表面以及元件5。层1和3或者这些层的材料也具有相应的第一和第二折射率。第一和第二光学介质1和3分别具有厚度tL1和tL2，并且被认为在光学意义上是较厚的。它们可以是例如玻璃或聚合物片、光学特性油或其它流体、或者其它类似的光学材料。厚度tL1和tL2可以从几微米到基本上无穷大。优选的是，层1和3的厚度tL1和tL2大于1微米。光学介质1和3可以是相同的材料，例如两块玻璃片，或者它们可以选用不同的材料，例如材料3为油而材料1为玻璃。元件5可以由第一层或基底1支撑。
间距元件排5包括多个平行间隔开的细长导电元件5。该元件5具有第一和第二相对表面5a和5b，并且第一表面5a面向第一表面2或第一层1，而第二表面5b面向第二表面4或第二层3。如图1中所示，元件5的第一表面5a可以接触第一层1的第一表面2并与之连接，同时第二表面5b可以接触第二层3的第二表面4并与之连接。元件组5被构成为与可见光谱中的光的电磁波相互作用以大体上反射大部分第一偏振光，并且透射大部分第二偏振光。
元件5的尺寸以及元件5布置的尺寸由所使用的波长决定，并且适用于宽光谱或全光谱可见光。元件5相对较长并且细。优选的是，每个元件其长度通常大于可见光的波长。因此，元件5其长度至少大约为0.7μm(微米)。但是典型的长度可能要大得多。另外，元件5以大体上平行的布置方式设置，并且这些元件的间隔、间距或周期P小于光的波长。因此该间距将小于0.4μm(微米)。
这些元件5的周期以及用于光学介质1和3的材料选择都被安排成获得并提高所要求的与光射线9、11和13的相互作用。光射线9通常是非偏振光束，它含有大致等量的在本领域公知的两种偏振光如S偏振光和P偏振光。但是，光射线9也可以在特定的用途中被改变成为任一种偏振光的部分或大部分。元件5的周期P是这样选择的，即该线栅将镜面反射S偏振光11的大部分光，并且透射大部分P偏振光13。还要选择光学材料以帮助这个过程。例如，可以选择对于S和P偏振光具有相等的透射性的材料，同时选择可以吸收S偏振光或有助于P偏振光透射和S偏振光反射的光学材料3。在优选的实施方案中，构成层1和3的光学材料是玻璃。根据特定的用途还可以使用其它材料。
居间的细长元件5不是非常大。它们通常布置成一种其周期P大约为0.3μm或更小的规则有序的排，并且肋条5的宽度WR和空间或间隙7的宽度Ws大约为0.15μm或更小。可以改变元件5和空间7的宽度以实现所要求的光学性能效果，这将在下面进行说明。这些元件的高度或厚度tR通常在使元件光学不透明的厚度(在铝的情况中大约为40nm)到大概1μm的高度之间。通过考虑制造实用性以及光学性能来决定上界。在优选的实施方案中，如果在整个可见光谱范围上使用该偏振器的话，则该元件5通常由例如铝或银材料构成。但是，如果只需要在特定的情况中提供在部分光谱中例如在红光中工作的偏振器，则可以使用其它材料例如铜或金。
获得嵌入式线栅偏振器10的最优性能的重要因素是设置在空间或间隙内的材料。形成在这些元件5之间的间隙7其折射率优选小于层1和3中至少一个的折射率。申请人已经发现，当间隙7具有更低的折射率时，偏振器10的性能在完全包在折射率恒定的材料中的线栅上得到改善。在优选的实施方案中，该材料可以是空气或真空，但是由于在某些用途中的实用性或性能的原因，可以使用其它材料。理想的是，该材料具有最低的折射率同时可能满足其它必要的设计约束例如可制造性。这些其它约束可以要求填充在细长元件5之间的空间7的材料与构成光学材料1和3中的一个或两个的材料相同。或者，填充在细长元件5之间的空间7中的材料可以选用不同于材料1和3的材料。如上所述，在优选的实施方案中，在空间7中的材料可以是空气或真空。其它可以使用的材料包括水(折射率1.33)、氟化镁(折射率1.38)或其它可以采用蒸发、溅射或各种化学气相沉积工艺沉积的普通光学薄膜材料、光学油、液态碳氢化合物例如石脑油、甲苯等或者其它具有适当的低折射率的材料。
除了上述优选实施方案之外，还有许多可以应用在用于特定目的的特定实施方案中的改进之处。这些改进之处包括在元件5以及第一和/或第二层1和3之间形成区域，该区域其折射率小于其中一层的折射率。参照图2-9，元件5的第一表面5a限定了延伸穿过第一表面5a的第一假想平面16。同样，这些元件5的第二表面5b限定了延伸穿过第二表面5b的第二假想平面17。在延伸穿过元件5的第一表面5a的第一假想平面16和第一层1的第一表面2之间可以设置第一区域18，该区域其折射率低于第一层1的折射率。同样，在延伸穿过元件5的第二表面5b的第二假想平面17和第二层3的第二表面4之间设置有第二区域19，该区域其折射率低于第二层3的折射率。
现在回到图2，一种这样的改进之处在于，在一个侧面或另一个侧面上在延伸进入光学介质(1和/或3)的细长元件之间设有凹槽21。这些凹槽21可以在通过例如活性离子蚀刻等工艺进行的制造期间形成。根据所要求的光学频宽、透射性、消光性等，凹槽的深度d可以为大约1nm至3000nm。
通常，凹槽21的宽度wg与细长元件5之间的宽度相同。但是，实际的制造工艺和结果希望与细长元件5之间的宽度ws相比在一定程度上减小宽度。本发明还包括这样的可能性，即技术上的进一步发展将使得能够制造出宽度与细长元件5之间的空间7不同的凹槽。图3显示出通过在底部凹槽21之外添加顶部凹槽25来使概念扩展。凹槽的目的在于形成与基础光学材料1和3的光学指数相比减小的有效光学指数。这个在细长元件5附近的区域18和19中减小的光学指数还提高了该嵌入式线栅偏振器的性能。即使在图2和图3中的凹槽所示为矩形，也不能推断出这只是唯一有用或理想形状。实际上，制造工艺容易形成梯形(在图4中的21a)而不是完美的长方形，还可以采用V形凹槽(图5中的21b)。
图6显示出通过加入其光学指数与光学材料3相比减小的薄膜材料31来获得在细长元件5附近的区域19中的光学指数减小的优点的可选方法，所述薄膜材料设置在所述光学材料上。该薄膜通常具有1.0至1.7的光学指数。其厚度通常为10nm至5000nm。优选的材料可以是氟化镁，但是对于各种用途而言可以采用其它普通的介电光学材料。不应该假定的是，单层光学薄膜是唯一的可能方案，因为在图中只显示出单层。根据用途需要，优选的是具有多层薄光学薄膜。还有，可以在底部以及细长元件5的顶部安装一层或多层低光学指数薄膜35，如图7中所示。
图8显示出本发明的还有一个改进之处，其中薄膜材料已经与在图2和图6中所示的内容结合在一起被蚀刻。光学材料的剩余肋部41由其光学指数相对于光学材料3是减小的材料构成，该材料设置在光学材料上面。或者可以优先选择其指数相对于支撑光学材料3不是显著降低的材料，但是该材料具有其它有助于制造的性能，例如容易蚀刻。肋条41的一种优选材料可以是氟化镁。其它优选材料可以是聚合物或二氧化硅，这两种材料容易采用许多技术来进行蚀刻。还有，在薄膜中蚀刻出的肋条可以形成在这些元件的每一侧面上的每一层上。
图9显示出本发明还有一个实施方案，其中多个薄膜被制备出并受到完全或局部蚀刻。光学材料的肋条41与上述材料相同。选择具有以下特性中的一个或两个的光学薄膜51：折射率比光学材料1低并且容易蚀刻和成型。被蚀刻进光学薄膜51的凹槽55可以被一直蚀刻穿过薄膜，并且甚至可能被蚀刻进下面的光学材料1，或者它可以停止在如所述一样的中间位置处。如果凹槽55如所示一样停止的话，则其效果在于产生出双层光学薄膜叠，这样的优点在于协调了偏振器的整体性能。光学薄膜51的厚度tF通常为大约10nm至大约5000nm。构成薄膜51的光学材料的折射率通常为1.0至1.7，但是在特别情况中可以为更高的折射率。被蚀刻在薄膜51中的凹槽55其宽度通常等于细长元件5之间的空间7，但是当然可以有其它宽度，并且优选根据用途的需要。还有，如上所述，凹槽55虽然被描述成是矩形的，但是也可以是梯形或V形同时仍然具有显著的优点。
另外，可以设置在元件5和第一和/或第二层1和3之间的薄膜或凹槽还可以具有光学薄膜效果，该效果可以用来进一步提高偏振器10的性能。可以通过适当地调节这些薄膜或凹槽的厚度和/或数量和/或光学性能以达到偏振器10的理想整体性能来获得这个提高。
上述发明可以应用在许多光学用途。例如，如图10中所示，嵌入式线栅偏振器可以用在偏振光束分离器立方体100中。该立方体可以以类似于普通MacNeille棱镜的方式作用，但是具有某些优点。该线栅偏振器具有比MacNeille棱镜更宽的孔径张角，并且在孔径的拐角中具有更加改进的性能，在那里以光锥形式入射在立方体中间中的偏振界面上的光线最好采用复合角来勾画出。包含有嵌入式线栅偏振器的偏振界面61反射了大部分S偏振光65，同时透射大部分来自光束63的P偏振光67。该界面61可以包含任意或全部上述改进之处。这样，嵌入式线栅偏振器产生出具有几个优于MacNeille偏振立方体光束分离器的性能优点的可选的偏振立方体光束分离器。
嵌入式偏振器还可以用于平板格式110，例如在图11中所示的。该实施方案通常由所示的玻璃板79和81构成，这些玻璃板包围着装有嵌入式线栅偏振器的偏振界面71。该界面71可以包含任意或所有上述改进之处。该偏振器用来通过以反射角反射回具有相反偏振的光束75来使入射在第一板79上的光束偏振。仅仅为了方便，所以这些光束73、75和77被显示为垂直入射。还有，该嵌入式线栅偏振器具有较大的孔径张角，并且可以用于以各种角度入射的光束。
在申请人的美国专利申请No.09/337970中描述了一种宽带宽线栅偏振器，该文献在这里被引用作为参考。这种偏振器还包括一排平行的导电元件，它们通过具有低折射率以及受控的厚度的区域与支撑基底分开。使线栅与基底分开的低折射率区域在该偏振器装置中具有两个用途。首先，低折射率的存在使最长波长谐振位置漂移到更短的波长处。第二，低折射率区域可以被实施成为厚度受控的一层或多层，这些层被设计用来降低从偏振器反射出的P偏振光的比率。
降低对于给定入射角出现谐振的最长波长的一个方法在于降低周期。但是降低周期产生出制造困难。因此，间距P优选大致为光波长的一半或者大约为0.2μm。还有，要注意的是，具有更长周期(大于光波长的大约两倍或为1.4μm)的格栅用作衍射光栅；具有更短周期(小于光波长的大约一半或者为0.2μm)的格栅用作偏振器；并且具有在过渡区域中的周期(在大约0.2μm和1.4μm之间)的格栅也用作衍射光栅，并且，它们的特征在于被称作谐振的突然变化或异常。如上所述，其特征在于在可见光谱内谐振的现有技术装置由于在可见光谱内的各个波长处所出现的异常所以具有较窄的工作范围。该过渡区域是用于理解该线栅的性能的重要内容。宽带宽偏振器必须设计成在该过渡区域之外以便在预定应用的光谱上获得较宽的带宽性能。因此，该过渡区域的限制可用于限制在本发明的线栅周期上的上限。
凹槽、肋条或薄膜层具有高度或厚度，并且限定有设置在这些元件和层之间的区域。由凹槽、肋条或薄膜层形成的区域优选具有平均的折射率，该折射率显著小于这些层的折射率。该区域具有厚度，该厚度由肋条的高度或厚度、凹槽的深度或薄膜的厚度所限定。该区域的高度或厚度可以改变以便调节偏振器的性能。使这些元件与这些层分开并且插入其折射率低于这些层的折射率的区域有利地增加了处于较短波长处的偏振器的P偏振透射效率，降低了该偏振器应用的最小波长，或者使最高谐振位置转移到较短的波长，如在申请人的先前申请中更完全地所述一样。因此，另一个实施例构想这样一种排列，其元件尺寸和构造为这样的，通常结合上述层之一在可见光谱范围内产生一个谐振效应。该实施例具有间隙，该间隙的折射率比上述层的折射率低，从而使谐振效应转移到较低的波长上，由此加宽了不出现任何谐振效应的可见波的带宽。
要注意的是，元件组5没有按规定比例画出，并且已经被大大地放大以示清楚。实际上，这些元件的布置是肉眼观察不到的，并且在没有极度放大的条件下观察时呈现为局部镜面。
要理解的是，本发明的上述实施方案只是示例性的，并且对于那些本领域普通技术人员来说可以对它作出各种改变。另外，虽然本发明的主要目的在于改善嵌入式偏振器在可见光谱中的性能，但是本发明还可以用来改善用于在其它光谱区域例如红外区域中的偏振器装置的透射性。由本发明实现了在设计灵活性方面比现有技术显著增加，所以那些本领域普通技术人员肯定能够作出其它变化。因此，本发明不应该被认为只限于所披露的实施方案，而是只是由这里附属的权利要求所限定。

Claims (31)

1.一种用于可见光谱的嵌入式线栅偏振器(10)，该偏振器包括：
第一层(1)，具有折射率；
第二层(3)，它与所述第一层分开并具有折射率；
一排平行间隔开的细长元件(5)，其间距(P)小于可见光谱的光(9)的波长，并且这些细长元件被构造成与可见光谱内的光的电磁波相互作用，以基本上反射大部分第一偏振(S)的光(11)，并且透射大部分第二偏振(P)的光(13)，这些细长元件夹在所述第一和第二层之间，并且在这些元件之间形成有多个间隙(7)，这些间隙的折射率低于第一层的折射率。
2.如权利要求1所述的偏振器，其中在所述元件之间的间隙包含有空气。
3.如权利要求1所述的偏振器，其中在所述元件之间的间隙为真空。
4.如权利要求1所述的偏振器，其中在所述元件之间的间隙包含有与所述第一和第二层不同的材料。
5.如权利要求1所述的偏振器，其中在所述元件之间的间隙包含有与所述第一和第二层中的一个的材料相同的材料。
6.如权利要求1所述的偏振器，其中在所述元件之间的间隙包含有水。
7.如权利要求1所述的偏振器，其中在所述元件之间的间隙包含有氟化镁。
8.如权利要求1所述的偏振器，其中在所述元件之间的间隙包含有油。
9.如权利要求1所述的偏振器，其中在所述元件之间的间隙包含有碳氢化合物。
10.如权利要求1所述的偏振器，其中所述第一和第二层每层的厚度大于1微米；并且其中所述元件的厚度为0.04至1微米。
11.如权利要求1所述的偏振器，其中所述元件的周期小于0.3微米；其中所述元件其宽度小于0.15微米；并且其中所述间隙的宽度小于0.15微米。
12.如权利要求1所述的偏振器，其中所述第一层还具有面对着所述元件的一表面(2)，并且所述元件还具有面对着所述第一层并且限定了延伸穿过这些元件的上述表面(2)的假想平面的另一表面(5a)；并且还包括：
位于所述假想平面和所述第一层的所述表面(2)之间的区域，该区域的折射率小于第一层的折射率。
13.如权利要求1所述的偏振器，其中所述第一层具有一表面(2)，并且其中所述元件设置在所述第一层的所述表面(2)上；并且还包括：
多个形成在这些元件之间的第一层的表面(2)上的凹槽。
14.如权利要求13所述的偏振器，其中所述凹槽其深度大约为0.001至3微米。
15.如权利要求1所述的偏振器，其中所述第一和第二层具有相应的第一和第二表面，所述元件设置在这些表面之间；并且还包括：
形成在位于所述元件之间的第一层的第一表面中的多个第一凹槽(21)；以及
形成在位于所述元件之间的第二层的第二表面中的多个第二凹槽(25)。
16.如权利要求1所述的偏振器，还包括：设置在所述第一层和所述元件之间的薄膜(35)，其折射率小于第一层的折射率。
17.如权利要求16所述的偏振器，其中所述薄膜的折射率大约为1至1.7。
18.如权利要求16所述的偏振器，其中所述薄膜的厚度为大约0.01至5微米。
19.如权利要求16所述的偏振器，其中所述薄膜包括介电材料。
20.如权利要求19所述的偏振器，其中薄膜的介电材料包括氟化镁。
21.如权利要求1所述的偏振器，还包括：
设置在所述第一层和所述元件之间的第一薄膜(35)，其折射率小于第一层的折射率；
设置在所述第二层和所述元件之间的第二薄膜(31)，其折射率小于第二层的折射率；
22.如权利要求1所述的偏振器，还包括：
一排平行间隔开的细长肋条(41)，这些细长肋条与所述排平行间隔开的细长元件相对应并且平行的取向，每个细长肋条从所述第一层朝着相应的细长元件延伸。
23.如权利要求22所述的偏振器，其中所述肋条排其折射率小于第一层的折射率。
24.如权利要求22所述的偏振器，其中所述肋条包括氟化镁。
25.如权利要求22所述的偏振器，其中所述肋条包括二氧化硅。
26.如权利要求1所述的偏振器，还包括：
设置在所述第一层和所述元件之间的薄膜(51)；以及
多个形成在所述元件之间的薄膜中的凹槽(55)。
27.如权利要求26所述的偏振器，其中所述薄膜其折射率小于第一层的折射率。
 28.如权利要求26所述的偏振器，其中所述薄膜其折射率大约为1至1.7。
29.如权利要求26所述的偏振器，其中所述薄膜的厚度为大约0.01至5微米。
30.如权利要求1所述的偏振器，其中所述元件设置在偏振光束分离器立方体(100)中，并且与至少一个立方体表面斜对地取向。
31.如权利要求1所述的偏振器，其中所述元件设置在一对透明板(79，81)之间并且与这对透明板平行地取向。
32.如权利要求1所述的偏振器，其中这排元件的结构以及元件的尺寸是这样的，它们通常与这两层之一组合在可见光谱内产生出谐振效应；并且其中其折射率低于这两层中之一的间隙使通常出现的谐振效应转移到较低的波长上，从而加宽了不出现任何谐振效应的可见波长的带宽。
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