[发明专利]一种反射式空间光束偏振分布调控器件

说明书

技术领域

本发明涉及调控器件领域，具体涉及一种反射式空间光束偏振分布调控器件。

背景技术

空间光束偏振分布调控在光通信、光束聚焦、粒子加速、光学捕获与操控、图像加密、表面等离子体激发、激光金属切割、非线性光学等领域有着广泛的潜在应用。

传统的空间光束偏振分布调控方法包括空间光调制、干涉以及随空间变化的亚波长光栅。这类传统方法可以获得具有各种偏振分布的空间光束，但是其复杂的产生方式却无法适应集成化的应用需求。近些年来兴起的光学超表面已经被成功地用于光束偏振调控。超表面亚波长尺度的有效器件厚度使得其在集成化上具有很大的优势。但是目前大多数基于超表面的光束偏振分布调控器件无法同时有效地调控光束的相位与偏振，也就无法获得0到360°的任意空间偏振分布，因而其偏振分布调控能力受限。利用多层金属结构进行相位调控的同时结合圆偏入射光与选择性偏振过滤可以同时实现对相位与偏振的协同调控，但是方向选择性偏振过滤致使调控效率在50％以下，而且多层结构较为复杂、难于制备。

因而，如何提供一种偏振分布调控器件，使其同时具备偏振旋转角度大、调控效率高、工作波段宽、结构简单且易于集成化的特点，是该领域技术人员所面临的技术难题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种反射式空间光束偏振分布调控器件，同时具有偏振旋转角度大、调控效率高、工作波段宽、结构简单且易于集成化的优点。

(二)技术方案

本发明提供了一种反射式空间光束偏振分布调控器件，包括：衬底、金属反射层、介质层和金属天线层；

所述金属反射层，形成于衬底之上，用于将入射到金属反射层上的光完全反射；

所述介质层，形成于金属反射层之上，介质层在入射光的工作波段透明，用于隔离所述金属反射层和金属天线层；

所述金属天线层，形成于介质层之上，用于旋转入射光的偏振方向；

其中，金属天线层、介质层、金属反射层之间构成反射式谐振腔，用于对入射光束进行空间偏振分布变换。

在本发明的一些实施例中，所述金属反射层为厚度为100nm以上的金属膜。

在本发明的一些实施例中，所述金属天线层为金属天线构成的周期性阵列。

在本发明的一些实施例中，所述金属天线的形状关于入射光偏振方向及与入射光偏振正交的方向不对称，用于对入射光产生偏振旋转。

在本发明的一些实施例中，所述反射式谐振腔用于将入射光转换成径向偏振矢量光束或角向偏振矢量光束。

在本发明的一些实施例中，反射式空间光束偏振分布调控器件被分成N块区域，每块区域的偏振旋转角度为0°到360°之间的任意值。

在本发明的一些实施例中，偏振旋转角度不同的区域的金属天线形状互不相同，不同形状的金属天线的周期性阵列与介质层、金属反射层组成的反射式谐振腔对入射光束的偏振旋转角度不同。

在本发明的一些实施例中，介质层的材料为二氧化硅、厚度为300nm。

在本发明的一些实施例中，其工作波长由可见光到微波波段。

在本发明的一些实施例中，反射式空间光束偏振分布调控器件的转换效率为90％以上的。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的反射式空间光束偏振分布调控器件具有以下有益效果至少其中之一：

1、本发明对入射光的偏振旋转角度可以为0°到360°之间的任意值；

2、本发明中金属反射层足够厚，入射光被完全反射，没有透射损失，只有少部分光被材料吸收，因而效率远高于偏振过滤式矢量光生成器件；

3、本发明利用金属天线层与介质层、金属反射层形成的谐振腔的工作带宽更宽，使器件的工作波段可灵活调节，工作波段在可见光到微波波段可进行灵活的设计；

4、本发明提出的器件结构的有效器件厚度小于工作波长，便于集成化，且较已有的多层金属结构更简单，更易于制备。

附图说明

图1为本发明实施例的反射式空间光束偏振分布调控器件的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例反射式空间光束偏振分布调控器件的俯视图；

图3为图2、图5所示标号为5、6、7、8、9、10区域的金属天线结构示意图，其中：

(a)为对应于区域5中金属天线结构；

(b)为对应于区域6中金属天线结构；

(c)为对应于区域7中金属天线结构；

(d)为对应于区域8中金属天线结构；