[发明专利]基于硅纳米砖超材料的圆偏振起偏器及制备方法

说明书

本发明公开了基于硅纳米砖超材料的圆偏振起偏器及制备方法，该圆偏振起偏器包括一基底、三反射式纳米砖阵列和一透射式纳米砖阵列；基底的一侧面的上部和下部分别有一反射式纳米砖阵列，与该一侧面相对的另一侧面的上部和中部分别有一透射式纳米砖阵列和一反射式纳米砖阵列；反射式纳米砖阵列由在基底上周期性排列的反射式纳米砖阵列单元构成；反射式纳米砖阵列单元由在基底上等间距排列成一行的若干方向角不同的电介质纳米砖构成；透射式纳米砖阵列由在基底上排列成阵列的电介质纳米砖构成。本发明可将一束随机偏振态的入射光，高效转换为两束旋向相同且传播方向不变的圆偏光；同时，本发明还具有低损耗、易制造、结构紧凑、宽带适用等优点。

技术领域

本发明属于信息光学技术领域，尤其涉及一种基于硅纳米砖超材料的圆偏振起偏器及制备方法。

背景技术

圆偏振光在光测量、光传感和光通信等领域有着重要的应用。传统圆偏振起偏器由线起偏器、λ/4波片等分离元件组装而成，器件结构体积大，而且由于起偏器仅让振动方向沿着透光轴方向的光束透过，使得整个系统的损耗大大增加，易造成整个系统工作不稳定。另外，其适用的波长范围极为有限。而全光纤化的圆偏振起偏技术虽在降低插入损耗、保证系统工作稳定性方面有较大进步，但其结构复杂，制造工艺不够成熟。因此，圆偏振起偏技术亟待具有高效率、宽波段和结构紧凑的新技术的更新和突破。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于硅纳米砖超材料的圆偏振起偏器及制备方法。

本发明提供的基于硅纳米砖超材料的圆偏振起偏器，包括一长方体形的基底、三反射式纳米砖阵列和一透射式纳米砖阵列；

所述基底的一侧面的上部和下部分别有一反射式纳米砖阵列，与该一侧面相对的另一侧面的上部和中部分别有一透射式纳米砖阵列和一反射式纳米砖阵列；

所述反射式纳米砖阵列由在基底上周期性排列的若干反射式纳米砖阵列单元构成；所述反射式纳米砖阵列单元由在基底上等间距排列成一行的若干尺寸一致但方向角不同的电介质纳米砖构成，其中，第n个电介质纳米砖的方位角为或N为反射式纳米砖阵列单元中电介质纳米砖数量，n＝1,2,......N；

所述透射式纳米砖阵列由在基底上排列成阵列的若干尺寸一致且方向角也一致的电介质纳米砖构成；所述各反射式纳米砖阵列和所述透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖数量、以及阵列的行数、列数均相同；

所述电介质纳米砖为亚波长尺寸；所述方位角为电介质纳米砖长的方向和X轴方向的夹角，所述X轴方向为基底长的方向。

进一步的，所述反射式纳米砖阵列中，反射式纳米砖阵列单元在X轴方向的数量与周期长度P_x的乘积不小于入射光斑在X轴方向上的尺寸；同时，反射式纳米砖阵列单元在Y轴方向的数量与周期长度P_y的乘积不小于入射光斑在Y轴方向上的尺寸；所述Y轴方向为基底宽的方向；所述周期长度P_x为X轴方向上相邻的两反射式纳米砖阵列单元中第一个电介质纳米砖的距离；所述周期长度P_y为Y轴方向上相邻的两反射式纳米砖阵列单元中第一个电介质纳米砖的距离。

进一步的，所述透射式纳米砖阵列中，X轴方向上电介质纳米砖的数量和C的乘积不小于入射光斑在X轴方向上的尺寸；同时，Y轴方向上电介质纳米砖的数量和C的乘积不小于入射光斑在Y轴方向上的尺寸；所述Y轴方向为基底宽的方向；所述C即透射式纳米砖阵列在X轴方向上相邻电介质纳米砖中心的距离，也即透射式纳米砖阵列Y轴方向上相邻电介质纳米砖中心的距离。

作为优选，所述反射式纳米砖阵列单元中电介质纳米砖数量为2～6。

本发明提供的上述基于硅纳米砖超材料的圆偏振起偏器的制备方法，包括步骤：