[发明专利]基于人工电磁材料的传输光器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁波的传输控制器件，尤其涉及一种基于人工电磁材料的传输光器件。

背景技术

人工电磁超材料（Metamaterials）是人工设计的具有亚波长结构并呈现天然材料不具备的超常性质的材料，其独特新颖的物理性质和诱人的应用前景得到了国际学术界的广泛关注，被美国《科学》杂志评为2003年度十大科技成就之一，超材料引发了光子晶体之后又一个人工新型媒质的研究热潮。

Metamaterials中“meta”相当于英文的“beyond”，意为超越，其结构单元的尺度在亚波长量级，可以实现天然材料所没有的电磁特性，如负折射、完美透镜、隐身斗篷等。手性（Chirality）是对物体对称性的一种纯粹几何性描述，是指物体结构自身缺乏几何对称性，典型手性介质有石英、葡萄糖等。早在19世纪初，研究者就发现了石英晶片可旋转偏振光的偏振面，具有光学活性，又称为旋光现象。近年来，为了描述2维平面结构的光学性质,引入了2维手性的概念:如果一个平面物体不能通过平面内的旋转和移位与它的镜像重合，即它在结构的平面内没有线对称性，则该物体为手性结构，具有螺旋性质。人工电磁超材料的出现极大地丰富了电磁领域的研究内容，例如，手性与人工电磁超材料结合后会出现巨大的旋光效应、电磁波的非对称传输等。

非对称传输现象为光波段偏振光传输的方向调控提供了新的途径，对实现光波段隔离器、光波段二极管、偏振转换器件等超材料功能器件具有重大意义。手性材料的单向传输现象发现以来,相关研究受到了广泛关注。目前，基于人工电磁材料的光器件研究局限于单波段、单偏振态的单向传输，且偏振转换效率不高。

发明内容

本发明提供了一种基于人工电磁材料的传输光器件，该传输光器件能够实现双波段的传输。

一方面，提供了一种基于人工电磁材料的传输光器件，包括：第一层金属结构层、间隔层和第二层金属结构层；间隔层是透明的光敏聚合物，厚度为百纳米量级；第一层金属结构层和第二层金属结构层分别位于间隔层两侧的表面，第一层金属结构层和第二层金属结构层均由周期性排列的基本单元构成，第一层金属结构层和第二层金属结构层的厚度均为20-60nm；第一层金属结构层和第二层金属结构层的基本单元的结构形状相同。

优选地，第一层金属结构层和第二层金属结构层采用贵金属材料Noble metal。

优选地，贵金属材料包括：金或银。

优选地，第一层金属结构层和第二层金属结构层的基本单元的结构形状相同包括：第一层金属结构层和第二层金属结构层的基本单元的结构均为双I型的结构。

优选地，第一层金属结构层和第二层金属结构层的基本单元的结构形状相同包括：第一层金属结构层和第二层金属结构层的基本单元的结构形状为连续双I型，第一层金属结构层和第二层金属结构层的基本单元的结构尺寸相同，第一层金属结构层的基本单元和第二层金属结构层的基本单元之间的旋转角为90度。

优选地，第一层金属结构层和第二层金属结构层的每层金属结构膜层厚度均为20-60nm包括：第一层金属结构层和第二层金属结构层的每层金属结构膜层厚度均为50nm。

优选地，上述器件还包括：红外透明介质基底，其中，红外透明介质基底和间隔层分别位于第一金属结构层的两侧。

优选地，红外透明介质基底的材料是石英玻璃。

上述器件可直接在自由空间使用，也可将其置于石英玻璃等红外透明介质基底材料上使用。

在本发明中，人工电磁材料基本单元的周期为ρ，金属结构的线宽为w，间隔层厚度为t，上述器件可以工作在红外光波段。

通过上述方案，本发明提供了一种基于人工电磁材料的双波段、双正交偏振态的单向传输光器件，通过在所设计的双层手性结构中加入狭缝来实现双波段的线偏振单向传输。该双波段单向传输器件具有结构简易、制造简单、价格低廉等优点，光波段线偏振光转换的单向传输现象很明显，有效地实现了光波段针对双正交偏振态的双波段单向传输。

本发明所提出的双波段单向传输光器件具有很强的线偏振转换二向色性，双层手性结构实现了光波段线偏振光转换的单向传输。该器件将可实现光波隔离器或光波二极管，对红外光波人工电磁材料功能器件的发展意义重大。

附图说明

图1是根据本发明实施例的双波段单向传输光器件S的立体结构示意图；

图2是根据本发明实施例的双波段单向传输光器件S（正面）及其基本结构参数；

图3是根据本发明实施例的双波段单向传输光器件S的工作原理示意图；