[发明专利]一种全介质纳米块阵列偏振元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种全介质纳米块阵列偏振元件，属于光学元件技术领域。

背景技术

对偏振态的控制，在许多光学系统中都是十分重要的，尤其是在工程光学中，研究人员常常需要获取、检验和测量光的偏振特性、改变偏振态，以及利用偏振特性进行一些物理量的测量等，而在这些研究中能产生和检验光的偏振态的器件是必不可少的。但传统的光学元件依赖于光再传播中经过一段远远大于波长的距离来改变波前，这就要求光束的不同偏振态或不同空间区域中有不同的位相积累。利用这种原理制作的光学元件不可避免的体积很大，这给光学元件的集成带来了难度。

为了解决上述存在的问题，一种被称作超表面的光学元件应运而生，超表面光学元件只需要小于波长的厚度，因为它是通过引入一个光学性质的突变（如位相突变），而不像传统光学元件那样需要通过长光程累积光学特性的变化。但是，基于表面等离子波的超表面光学元件有着许多缺陷，比如欧姆损耗和弱耦合带来的低效率。

申请号为201510223192.7的中国发明专利申请公开了一种硅纳米砖阵列偏振分光器，包括透明衬底和透明衬底上均匀分布的硅纳米砖阵列，所述硅纳米砖为长方体，且纳米砖的排列方向相同。该技术方案中，硅纳米砖阵列的厚度达到500nm，过高的高度使得镀膜平整性变差，刻蚀过程容易倒塌，同时无论是电子束曝光还是全息曝光，硅层上曝光的深度一般很难超过200nm，500nm的高度注定了在目前的技术下几乎无法实现加工。

有鉴于此，开发新的偏振元件，解决现有技术中金属偏振元件的低效率、与现有半导体器件不完全兼容、体积大和厚度大等诸多缺点显然十分必要。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种全介质纳米块阵列偏振元件，解决现有技术中偏振元件工作效率低、制作困难、体积大、厚度大等缺点。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种全介质纳米块阵列偏振元件，包括矩形基底和复数个等间距平行设置在矩形基底上的偏振单元列，每个所述偏振单元列均包括复数个等间距设置的偏振单元，所述偏振单元的长度Sx范围为607～647nm，宽度Sy范围为450～550nm，所述相邻偏振单元中心的间距Lx为640～680nm，所述相邻偏振单元列中心的间距Ly为950～1050nm，所述偏振单元的高度h范围为110～230nm，所述邻偏振单元中心的间距Lx大于偏振单元的长度Sx，所述偏振单元的高度h范围为130～170nm。。

优选地，所述偏振单元为Si单元。

优选地，所述矩形基底为长方形SiO₂基底。

优选地，所述全介质纳米块阵列偏振元件的工作波长范围为1450～1650nm。

进一步的技术方案中，所述全介质纳米块阵列偏振元件的工作波长范围为1509.31～1611.51nm。

优选地，所述偏振单元的高度h范围为130～170nm。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明通过设有矩形基底和平行等间距设置在矩形基底上的偏振单元列，解决了现有金属偏振元件因欧姆损耗、弱耦合导致的低效率；

2.本发明相比于现有光学偏振元件具有厚度薄、体积小、重量轻的优点，同时加工难度低，符合未来光学元件的发展趋势。

附图说明

图1是本发明全介质纳米块阵列偏振元件的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明偏振单元的结构示意图；

图4为实施例一中偏振单元长度Sx变化而其他参数不变时工作波长和消光比最大值的变化示意图；

图5为实施例一中相邻偏振单元中心的间距Lx变化而其他参数不变时工作波长和消光比最大值的变化示意图；

图6为实施例一种偏振单元宽度Sy变化而其他参数不变时工作波长和消光比最大值的变化示意图；

图7为实施例一中相邻偏振单元列中心的间距Ly变化而其他参数不变时工作波长和消光比最大值的变化示意图；

图8为实施例一中偏振单元高度h变化而其他参数不变时对应的消光比示意图；

图9为实施例一中TM和TE光的透过率示意图；

图10为实施例一中波长λ在1450～1650nm处的消光比示意图；

图11为实施例二中TM和TE光的透过率示意图；

图12为实施例二中波长λ在1450～1650nm处的消光比示意图；

图13为实施例三中TM和TE光的透过率示意图；