[发明专利]宽带高透过非对称超材料偏振调控器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种宽带高透过非对称超材料偏振调控器，所述偏振调控器包括采用电子束蒸发沉积及电子束刻蚀工艺制备的图形化的金属微纳结构底层、在图形化的金属微纳结构底层顶面采用电子束蒸发沉积制备的绝缘介质层、在绝缘介质层顶面采用电子束蒸发沉积及电子束刻蚀工艺制备的图形化的金属微纳结构顶层；本发明利用超材料的结构设计制造一种非对称光波调控器。本发明具有比自然材料更加优异的偏振光非对称转换性能，本发明能减少传统光学器件的能量损失。

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，具体涉及一种宽带高透过非对称超材料偏振调控器及其制造方法。

背景技术

偏振态是电磁波的重要特征参量之一，在通信、探测、成像等许多实际应用中都非常重要。为了获得所需的偏振态，我们经常需要借助光偏振器件实现不同偏振状态之间的转化。自然光是非偏振光，在通过传统的调控光波偏振的器件如线偏振片时，不可避免的会损失近一半的非偏振入射光的能量，这时候就要寻找新的材料来减少能量损失。

传统的偏振控制器件常常使用自然界中的高分子聚合物和晶体来制作，但此类材料对于高频段的电磁响应很低，为了实现对偏振光良好的控制效果，偏振控制器件的几何尺寸一般远大于电磁波工作频段的波长，阻碍了偏振调控器件的在未来诸多方面的应用，不能满足通信、成像、光谱技术等方面在太赫兹及可见光波段未来日益迫切的需求。超材料是一种由亚波长单元周期性排列而构成的人工复合结构/材料，它的电磁特性可以通过结构单元的特定设计来实现人工调控，获得比自然材料更加优异的偏振光非对称转换性能来减少传统光学器件的能量损失，同时具备体积小，易集成的优点，有望替代传统的偏振器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带高透过非对称超材料偏振调控器及其制造方法，本发明利用超材料的结构设计制造一种非对称光波调控器。本发明具有比自然材料更加优异的偏振光非对称转换性能，本发明能减少传统光学器件的能量损失。

为解决上述技术问题，本发明所设计的宽带高透过非对称超材料偏振调控器，其特征在于：所述偏振调控器包括采用电子束蒸发沉积及电子束刻蚀工艺制备的图形化的金属微纳结构底层、在图形化的金属微纳结构底层顶面采用电子束蒸发沉积制备的绝缘介质层、在绝缘介质层顶面采用电子束蒸发沉积及电子束刻蚀工艺制备的图形化的金属微纳结构顶层；

所述图形化的金属微纳结构顶层结构形状为双杆谐振器形，图形化的金属微纳结构顶层能在可见光波段处发生偶极谐振，将沿x轴方向上的偏振光转化为沿y轴方向上的偏振光；

所述图形化的金属微纳结构底层结构形状为长方体，图形化的金属微纳结构底层用于使偏振调控器呈现整体各向异性，破坏光在传播方向上的对称性，从而产生非对称传输现象，并与图形化的金属微纳结构顶层构成微腔，用于保证工作带宽的同时提高透射率。

一种宽带高透过非对称超材料偏振调控器的制作方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在SiO₂基片上采用电子束蒸发沉积法沉积第一层金属膜，在第一层金属膜上通过电子束刻蚀工艺制备图形化的金属微纳结构底层；

步骤2：在图形化的金属微纳结构底层上采用电子束蒸发沉积法沉积一层介质层SiO₂形成绝缘介质层，在绝缘介质层上采用采用电子束蒸发沉积法沉积第二层金属膜，并在第二层金属膜上通过电子束刻蚀工艺制备图形化的金属微纳结构顶层。

当光波正入射到该结构表面时，首先由图形化的金属微纳结构顶层的双杆谐振器结构产生偏振旋转，然后在图形化金属微纳结构顶层的双杆谐振器与图形化的金属微纳结构底层金属栅构成的微腔产生共振和正交偏振转换之后，从图形化的金属微纳结构底层透射出去。在保证带宽的同时又因为结构的整体各向异性而产生对偏振方向分别沿着x和y方向的两个正交线性偏振光的非对称偏振转换，提高线偏振光的透射率。