[發明專利]基于人工電磁材料的傳輸光器件

有效

• 申請號: 201310298205.8
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103399369A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 史金輝;徐軼群;劉星辰;朱正;關春穎;王政平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電磁波的傳輸控制器件，尤其涉及一種基于人工電磁材料的傳輸光器件。

背景技術

人工電磁超材料（Metamaterials）是人工設計的具有亞波長結構并呈現天然材料不具備的超常性質的材料，其獨特新穎的物理性質和誘人的應用前景得到了國際學術界的廣泛關注，被美國《科學》雜志評為2003年度十大科技成就之一，超材料引發了光子晶體之后又一個人工新型媒質的研究熱潮。

Metamaterials中“meta”相當于英文的“beyond”，意為超越，其結構單元的尺度在亞波長量級，可以實現天然材料所沒有的電磁特性，如負折射、完美透鏡、隱身斗篷等。手性（Chirality）是對物體對稱性的一種純粹幾何性描述，是指物體結構自身缺乏幾何對稱性，典型手性介質有石英、葡萄糖等。早在19世紀初，研究者就發現了石英晶片可旋轉偏振光的偏振面，具有光學活性，又稱為旋光現象。近年來，為了描述2維平面結構的光學性質,引入了2維手性的概念:如果一個平面物體不能通過平面內的旋轉和移位與它的鏡像重合，即它在結構的平面內沒有線對稱性，則該物體為手性結構，具有螺旋性質。人工電磁超材料的出現極大地豐富了電磁領域的研究內容，例如，手性與人工電磁超材料結合后會出現巨大的旋光效應、電磁波的非對稱傳輸等。

非對稱傳輸現象為光波段偏振光傳輸的方向調控提供了新的途徑，對實現光波段隔離器、光波段二極管、偏振轉換器件等超材料功能器件具有重大意義。手性材料的單向傳輸現象發現以來,相關研究受到了廣泛關注。目前，基于人工電磁材料的光器件研究局限于單波段、單偏振態的單向傳輸，且偏振轉換效率不高。

發明內容

本發明提供了一種基于人工電磁材料的傳輸光器件，該傳輸光器件能夠實現雙波段的傳輸。

一方面，提供了一種基于人工電磁材料的傳輸光器件，包括：第一層金屬結構層、間隔層和第二層金屬結構層；間隔層是透明的光敏聚合物，厚度為百納米量級；第一層金屬結構層和第二層金屬結構層分別位于間隔層兩側的表面，第一層金屬結構層和第二層金屬結構層均由周期性排列的基本單元構成，第一層金屬結構層和第二層金屬結構層的厚度均為20-60nm；第一層金屬結構層和第二層金屬結構層的基本單元的結構形狀相同。

優選地，第一層金屬結構層和第二層金屬結構層采用貴金屬材料Noble?metal。

優選地，貴金屬材料包括：金或銀。

優選地，第一層金屬結構層和第二層金屬結構層的基本單元的結構形狀相同包括：第一層金屬結構層和第二層金屬結構層的基本單元的結構均為雙I型的結構。

優選地，第一層金屬結構層和第二層金屬結構層的基本單元的結構形狀相同包括：第一層金屬結構層和第二層金屬結構層的基本單元的結構形狀為連續雙I型，第一層金屬結構層和第二層金屬結構層的基本單元的結構尺寸相同，第一層金屬結構層的基本單元和第二層金屬結構層的基本單元之間的旋轉角為90度。

優選地，第一層金屬結構層和第二層金屬結構層的每層金屬結構膜層厚度均為20-60nm包括：第一層金屬結構層和第二層金屬結構層的每層金屬結構膜層厚度均為50nm。

優選地，上述器件還包括：紅外透明介質基底，其中，紅外透明介質基底和間隔層分別位于第一金屬結構層的兩側。

優選地，紅外透明介質基底的材料是石英玻璃。

上述器件可直接在自由空間使用，也可將其置于石英玻璃等紅外透明介質基底材料上使用。

在本發明中，人工電磁材料基本單元的周期為ρ，金屬結構的線寬為w，間隔層厚度為t，上述器件可以工作在紅外光波段。

通過上述方案，本發明提供了一種基于人工電磁材料的雙波段、雙正交偏振態的單向傳輸光器件，通過在所設計的雙層手性結構中加入狹縫來實現雙波段的線偏振單向傳輸。該雙波段單向傳輸器件具有結構簡易、制造簡單、價格低廉等優點，光波段線偏振光轉換的單向傳輸現象很明顯，有效地實現了光波段針對雙正交偏振態的雙波段單向傳輸。

本發明所提出的雙波段單向傳輸光器件具有很強的線偏振轉換二向色性，雙層手性結構實現了光波段線偏振光轉換的單向傳輸。該器件將可實現光波隔離器或光波二極管，對紅外光波人工電磁材料功能器件的發展意義重大。

附圖說明

圖1是根據本發明實施例的雙波段單向傳輸光器件S的立體結構示意圖；

圖2是根據本發明實施例的雙波段單向傳輸光器件S（正面）及其基本結構參數；

圖3是根據本發明實施例的雙波段單向傳輸光器件S的工作原理示意圖；