Поляриметрические изображения могут предоставить такую информацию, как затенение и морфология поверхности, за счет использования поляризаторов, которые избирательно отражают поперечное электрическое (TE) поле и пропускают поперечное магнитное (TM) поле неполяризованного падающего света. Однако современные ИК-поляризаторы в основном основаны на дорогой и хрупкой керамике (такой как полупроводники и халькогениды) с нанорешетками, обычно изготавливаемыми с помощью трудоемкой и затратной интерференционной литографии.
Недавно богатый серой полимер, синтезированный путем «обратной вулканизации», привлек большое внимание как подходящий кандидат для ИК-оптики из-за присущего ему высокого коэффициента пропускания в ИК-диапазоне. Богатый серой полимер в основном состоит из основной цепи на основе элементарной серы. Примечательно, что ежегодно в результате процессов нефтепереработки образуется 7 миллионов тонн серы. Следовательно, этот богатый серой полимер может производиться серийно с высокой экономической эффективностью.
В отличие от обычных ИК-материалов, богатый серой полимер можно растворить в органическом растворителе , что означает возможность применения процесса на основе раствора, представленного как центрифугирование. Кроме того, вязкоупругость и динамические ковалентные дисульфидные связи позволяют формовать из богатого серой полимера различные наноструктуры с помощью термической обработки, представленной как литография с термическим наноимпринтингом (термальная NIL).
В качестве структуры поляризатора на основе полимера с высоким содержанием серы возможна двухслойная структура, которую можно получить с помощью следующих 3 этапов; (1) центрифугирование раствора полимера с высоким содержанием серы, (2) термическая NIL на пленку на основе полимера с высоким содержанием серы с центрифугированием и (3) осаждение металла на нанорешетках. Поляризатор на основе полимера с высоким содержанием серы состоит из самовыравнивающейся двухслойной металлической решетки (верхний и нижний слои Au) и промежуточного слоя (используемого в качестве оптического резонатора).
Для высокочувствительных поляризаторов необходимо иметь как высокое ТМ-пропускание, так и коэффициент экстинкции (ER; отношение ТМ-пропускания к ТЕ-пропусканию) для широкополосного ИК-диапазона. Во время термического NIL трудно воспроизвести высококачественные нанорешетки наноразмерной мастер-формы с использованием вязкоупругого полимера с высоким содержанием серы из-за высокого поверхностного натяжения, возникающего из-за высокого отношения площади поверхности к объему. основная форма.
Низкокачественный термический NIL приводит к низкоточным нанорешеткам, имеющим круглую и волнистую формы, вызывающим соединение верхнего и нижнего металлических слоев после напыления металла и ухудшающим чувствительность поляризатора. Кроме того, трудно максимизировать чувствительность поляризатора, удовлетворяя условиям, указывающим на резонанс Фебри-Перо, для максимального пропускания ТМ без подбора толщины прокладки, используемой в качестве оптического резонатора. При прохождении падающего света через двухслойный структурированный поляризатор в спейсерном слое в роли оптического резонатора возникают множественные отражения. Резонанс Фебри-Перо — это состояние, при котором отраженные лучи находятся в фазе и создают конструктивную интерференцию.
Под руководством Чон Чжэ (JJ) Ви, доцента кафедры органической и наноинженерии Университета Ханьян, исследователи наконец создали высокочувствительный поляризатор на основе полимера с высоким содержанием серы. Для этого исследовательская группа точно настроила тепловые условия NIL, чтобы воспроизвести разработанные нанорешетки с высоким качеством, и исследовала толщину прокладки, чтобы максимизировать передачу TM для всех областей MWIR.
Опубликовано в Advanced Materials , исследовательская группа успешно продемонстрировала ИК-поляризатор на основе полимера с высоким содержанием серы с шагом 400 нм, разработанный с помощью численного моделирования с учетом оптических характеристик и сложности изготовления. Высокоточная одномерная нанорешетка была получена на площади 1 × 1 см 2 путем систематического исследования тепловых условий NIL, включая температуру, давление и время, принимая во внимание взаимосвязь между временем и давлением, объясняемую уравнением течения Стефана и термическое поведение богатых серой полимеров, такое как стеклование и термическое разложение.
Это беспрецедентная веха в этой области: толщина спейсера из полимера с высоким содержанием серы может регулироваться в широком диапазоне от 40 до 5100 нм в зависимости от концентрации раствора полимера с высоким содержанием серы. В результате оптические характеристики поляризатора на основе полимера с высоким содержанием серы соответствовали коэффициентам пропускания TM 0,65, 0,59 и 0,43 и ER 3,12 × 10 3 , 5,19 × 10 3 и 5,81 × 10 3 при толщине прокладки 4 мкм. 90, 338 и 572 нм соответственно. В частности, ER 5,81 × 10 3 в MWIR является мировым рекордом среди зарегистрированных полимеров с высоким содержанием серы .поляризаторов на основе серы (в 19,1 раза выше, чем у ранее описанных полимерных поляризаторов на основе серы).
