[發明專利]全介質反射型高效超薄分束器及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201810289911.9
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN110320670A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 蔣春萍;李玉雄;谷承艷;隋展鵬;劉峰峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G02B27/14
• 分類號: G02B27/14;G02B5/08
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種全介質反射型高效超薄分束器及其制備方法與應用。所述分束器包括結構單元陣列，并且其中的每個結構單元包括：高效疊層反射器，其具有基于分布式布拉格反射結構的結構；介質傳輸層，其設置在高效疊層反射器上；以及介質功能層，其設置在介質傳輸層上，并包括周期化的納米柱陣列結構。本發明的分束器具有優良的分束性能，能夠將正常入射的可見光分離成兩束出射光，并具有效率較高、波段較寬、結構簡單、超薄輕便易集成、低功耗低成本、相對易于制作的特點，在光學傳感系統、先進的納米光子器件以及集成光學系統中具有很大的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種分束器，具體涉及一種全介質反射型高效超薄分束器及其制備方法與應用，屬于光學元件制備技術領域。

背景技術

分束器是將光束分成兩個或更多個的光學元器件，在光子電路系統、光學顯示系統以及光學加工系統中被廣泛使用。最常見分束器是由兩個三角形玻璃棱鏡制成立方體分束器，它們使用聚酯、環氧樹脂或聚氨酯類粘合劑在基體上膠合在一起。調整樹脂層的厚度，使得通過一個“端口”(即立方體的面)入射的光的(一定波長)的一半被反射，另一半由于全部內反射而被繼續傳輸。諸如沃拉斯頓棱鏡的偏振分束器使用雙折射材料，將光分成不同極化的光束。在如上所述的傳統光學器件中，對光波的操縱是通過光線在給定折射率的介質中傳播來實現的，振幅、相位和偏振的變化是通過在介質中傳播而累積的，從而導致器件笨重且不易集成。然而，如大規模光子集成電路的摩爾定律所示，在單個芯片上集成越來越多的元件的需求下，最大限度地減小光學元件的尺寸是被人們所期待的。然而，盡管人們做了巨大的努力，但光子集成的進展仍然是相當有限，主要原因是集成光子器件比集成電子器件更難制造。現代化工業小型化集成化的目標促進了微納光學的誕生與發展。而近年來，超表面的蓬勃發展提供了一種方法來克服上述限制。超表面是一種超薄的人造材料，由亞波長尺寸的微納結構陣列構成。研究表明，亞波長尺寸下，光會和微納結構作用產生表面等離子激元共振現象，共振波長處伴隨一個位相突變。通過調控微納單元結構的幾何形狀與參數，透射或者反射光的光學響應可以被精確的操控，在指定波長處產生特殊的位相突變，起到偏折、匯聚、分離光束的目的，為光學位相的操控的研究打開了新的大門。隨著微納加工技術的進步，我們可以采用平面硅基加工技術來設計和制造超表面器件，以滿足在超薄片上集成的要求。目前，基于超表面的超薄高效分束器進入了人們的視野，基于超表面的分束器可以在超薄的二維平面平臺上實現透射光或者反射光的傳播位相的調控，已經實現了基于超表面的平面透鏡，超薄相位掩模和薄膜波片。具有納米級尺寸的分束器對于使集成光學電路的組件(例如，片上光學干涉儀，光學多路復用器(或解復用器)等)的小型化、集成化、高效化是非常重要的，并且更適用于現代光學集成系統，在學術和工業領域都受到了極大的重視，成為近期以來熱門的研究課題。