[发明专利]基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片及其制备方法

权利要求书

1.一种基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片，其特征在于：该半波片包括从下至上排列的基底(4)、金属反射层(3)、电介质薄膜层(2)和硅纳米砖阵列(1)，所述硅纳米砖阵列(1)由旋向和尺寸相同的硅纳米砖周期排列构成，优化所述半波片的结构参数，使得该半波片在光纤通信波段下的线偏振光入射后，反射光在长短轴方向的分量产生π的相位延迟，改变入射光的偏振方向。

2.如权利要求1所述的基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片，其特征在于：所述硅纳米砖为长方体形，且其长宽高均为亚波长尺寸，L为硅纳米砖的长轴尺寸，W为硅纳米砖的短轴尺寸，H为硅纳米砖的高度，CS为硅纳米砖阵列(1)的周期。

3.如权利要求2所述的基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片，其特征在于：所述硅纳米砖阵列(1)的长轴、短轴与单元边框的夹角均为45°。

4.如权利要求2所述的基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片，其特征在于：所述结构参数包括硅纳米砖的长轴尺寸L、短轴尺寸W、高度H、硅纳米砖阵列(1)的周期CS、电介质薄膜层(2)的厚度和金属反射层(3)的厚度，所述硅纳米砖阵列(1)的周期CS为硅纳米砖阵列中相邻硅纳米砖的中心距离。

5.如权利要求4所述的基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片，其特征在于：优化所述半波片的结构参数，具体过程为：采用电磁仿真法，在选定的工作波长下，优化硅纳米砖的长轴尺寸L、短轴尺寸W、高度H、硅纳米砖阵列(1)的周期CS、电介质薄膜层(2)的厚度和金属反射层(3)的厚度，优化后使得圆偏光垂直入射后交叉偏振的圆偏光反射率达到最大、同向偏振的圆偏光反射率达到最小。

6.如权利要求5所述的基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片，其特征在于：所述宽带反射式半波片在1400～1700nm的光纤通信波段内达到95％～98％的反向偏振转化效率，同向偏振转化效率控制在2％～5％，带宽高达300nm。

7.如权利要求1所述的基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片，其特征在于：所述基底(4)为玻璃材料。

8.如权利要求1所述的基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片，其特征在于：所述电介质薄膜层(2)为二氧化硅材料。

9.一种基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用电磁仿真工具，在选定的工作波长下，优化硅纳米砖的长轴尺寸L、短轴尺寸W、高度H、硅纳米砖阵列(1)的周期，使得硅纳米砖阵列(1)对圆偏光的交叉偏振转化效率达到最大、且同向偏振转化效率达到最小；

将单个硅纳米砖周期排列组成硅纳米砖阵列结构，采用光刻工艺制备宽带反射式半波片：

在基底(4)上镀一层金属反射层(3)，在金属反射层(3)上镀一层二氧化硅薄膜，在二氧化硅薄膜上镀硅薄膜，在硅薄膜上涂镀光刻胶，采用电子束直写或光刻机曝光技术，在光刻胶上形成硅纳米砖图案；依次经显影、刻蚀，在二氧化硅薄膜层上获得硅纳米砖阵列(1)。

10.如权利要求9所述的基于硅纳米砖阵列的宽带反射式半波片的制备方法，其特征在于：所述硅纳米砖阵列(1)在1400～1700nm的光纤通信波段内交叉偏振的转化效率高达95％～98％，同向偏振效率压缩至2％～5％，带宽高达300nm。