[發明專利]基于介質超表面的波片和光學器件相結合的雙功能器件

在審

• 申請號: 201810335265.5
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108508506A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 郭忠義;沈飛;郭凱;周清峰;周紅平;朱烈
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02B5/30;G02B3/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 汪祥虬

1.一種基于介質超表面的波片和光學器件相結合的雙功能光學器件，工作在近紅外波段，采用硅作為介質材料，襯底為二氧化硅；其特征在于：硅材料采用磚形作為單元結構的設計，按二維晶格周期性排列符合所需相位梯度的40×40個磚形結構構成硅納米磚結構矩形塊陣列；介質超表面單元結構的硅納米磚的厚度為0.9μm，且超表面單元結構的晶格常數為0.65μm；二氧化硅基底的厚度為0.3μm；

所述硅納米磚結構矩形塊陣列采用如下方式制備：用等離子體增強化學氣相沉積將硅沉積到熔融的二氧化硅基底上面，然后在硅層上旋涂一層光刻膠，選擇掩膜板放在光刻膠上面，放入紫外光曝光系統中進行紫外線曝光，再將曝光之后的器件放入顯影液中對光刻膠進行圖案化刻蝕，然后用深層離子蝕刻技術刻蝕硅層使其形狀為磚形，根據不同雙功能器件的不同尺寸要求來刻蝕所需要的硅納米磚結構陣列；最后去除光刻膠，即得到最終的硅納米磚超表面結構陣列雙功能光學器件。

2.如權利要求1所述基于介質超表面的波片和光學器件相結合的雙功能光學器件，特征在于使用時設超表面結構放置在XOY平面上，其中硅納米磚的長邊a平行于x軸，短邊b平行于y軸，電磁波向z方向入射，電磁波的偏振態為45°線偏振光，則該偏振光分解為沿著x軸和y軸的兩個偏振分量，由硅納米磚沿著x軸和y軸的尺寸不同而導致兩個方向的偏振分量具有不同的透射相位，從而具有相位差。

3.如權利要求2所述基于介質超表面的波片和光學器件相結合的雙功能光學器件，特征在于當所述雙功能光學器件處于硅納米磚陣列的一個周期內的尺寸分別為：a＝285nm、b＝388nm；a＝275nm、b＝350nm；a＝256nm、b＝334nm；a＝227nm、b＝323nm；a＝160nm、b＝347.5nm；a＝380nm、b＝497nm；a＝305nm、b＝565nm；a＝293nm、b＝480nm；就使得每個單元結構的兩個方向的透射電磁波偏振分量的相位差為π/2，并且在一個周期內每相鄰單元結構之間有恒定的相位差，而一個周期內可以覆蓋2π的相位差，再將該周期陣列沿著x軸和y軸方向進行周期延拓得到40×40的陣列，從而實現四分之一波片-偏轉器的功能。

4.如權利要求2所述基于介質超表面的波片和光學器件相結合的雙功能光學器件，特征在于當所述雙功能光學器件處于硅納米磚陣列的一個周期內的尺寸分別為：a＝290nm、b＝395nm；a＝520nm、b＝200nm；a＝240nm、b＝330.6nm；a＝288nm、b＝393nm；a＝560nm、b＝180nm；a＝227nm、b＝325nm；a＝280nm、b＝366nm；a＝300nm、b＝544.5nm；a＝120nm、b＝399nm；a＝240nm、b＝330nm；a＝283nm、b＝373nm；a＝300nm、b＝517nm；a＝520nm、b＝200nm；a＝200nm、b＝325nm；a＝240nm、b＝330nm；a＝270nm、b＝345nm；a＝283nm、b＝373nm；a＝290nm、b＝400nm；a＝300nm、b＝395nm；a＝290nm、b＝477nm；a＝290nm、b＝477nm；a＝300nm、b＝395nm；a＝290nm、b＝400nm；a＝283nm、b＝373nm；a＝270nm、b＝345nm；a＝240nm、b＝330nm；a＝200nm、b＝325nm；a＝520nm、b＝200nm；a＝300nm、b＝517nm；a＝283nm、b＝373nm；a＝240nm、b＝330nm；a＝120nm、b＝399nm；a＝300nm、b＝544.5nm；a＝280nm、b＝366nm；a＝227nm、b＝325nm；a＝288nm、b＝393nm；a＝240nm、b＝330.6nm；a＝520nm、b＝200nm；a＝290nm、b＝395nm；就使得每個單元結構的兩個方向的透射電磁波偏振分量的相位差為π/2，并且使得出射的相位波前滿足聚焦所需相位：f是透鏡的焦距，從而實現四分之一波片-聚焦透鏡的功能。