[發(fā)明專利]多結(jié)構(gòu)組合人工電磁表面

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810358623.4
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN108363129A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 匡登峰;楊卓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B5/00
• 分類號(hào): G02B5/00;G02B27/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種產(chǎn)生高局域性和高縱向場(chǎng)分量比例特性的局域復(fù)合偏振光場(chǎng)的多結(jié)構(gòu)組合人工電磁表面。該人工電磁表面有金屬海豚形元胞圓陣列?金屬圓柱、海豚形元胞圓陣列?石墨烯層、金屬海豚形元胞圓陣列?金屬圓柱?石墨烯層三種組合結(jié)構(gòu)，基底為可見光波段常用介質(zhì)材料，以可見光波段線偏振高斯光束作為入射源，圓陣列半徑為R₁，金屬圓柱半徑為R₂，金屬材料層厚度為D₁，石墨烯層厚度為D₂。金屬海豚形元胞圓陣列?金屬圓柱組合結(jié)構(gòu)可激發(fā)較高局域性和高縱向場(chǎng)分量占比的矢量渦旋光場(chǎng)且金屬圓柱半徑越大光場(chǎng)局域性越強(qiáng)、縱向場(chǎng)分量占比越大，金屬海豚形元胞圓陣列?石墨烯層組合結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生高局域性的矢量渦旋光場(chǎng)，金屬海豚形元胞圓陣列?金屬圓柱?石墨烯層組合結(jié)構(gòu)激發(fā)的矢量渦旋光場(chǎng)兼顧了高局域性和高縱向場(chǎng)分量占比。本發(fā)明對(duì)量子通信、分子篩選、納米操控等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納米光學(xué)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)光場(chǎng)調(diào)控、納米操縱、表面等離子體激發(fā)，特別是一種產(chǎn)生兼顧局域性和高縱向場(chǎng)分量比例特性的局域復(fù)合偏振光場(chǎng)的多結(jié)構(gòu)組合人工電磁表面。

背景技術(shù)

承載軌道角動(dòng)量的渦旋光束正在引起越來越多的關(guān)注。渦旋光束的特性被用來擴(kuò)展其應(yīng)用，如光通信，光鑷和量子計(jì)算。渦旋光束由十年前的螺旋相位板，空間光調(diào)制器和計(jì)算機(jī)生成的全息圖產(chǎn)生。目前，多數(shù)情況下渦旋光束通過微型化和集成化的亞波長(zhǎng)尺度人造光學(xué)元件來產(chǎn)生。

盡管如此，亞波長(zhǎng)尺度人造光學(xué)元件的矢量光束生成面臨著兩個(gè)挑戰(zhàn)。首先，將線偏振光束轉(zhuǎn)換成渦旋光束的元件非常難以制造。通過使用僅用于將線偏振激光束直接轉(zhuǎn)換成渦旋光束而不用偏振轉(zhuǎn)換器的元件可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件的集成微納米螺旋錐結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)線偏振光入射時(shí)矢量渦旋光束的激發(fā)，然而哉實(shí)際制備中尺度僅為幾納米的納米螺旋錐的頂點(diǎn)難以制造，這會(huì)大大影響透射場(chǎng)的分辨率和局域性。其次，在大多數(shù)情況下，容易制造的亞波長(zhǎng)級(jí)光學(xué)元件只能將圓偏振光轉(zhuǎn)換成渦旋光束。如今很多研究者使用具有亞波長(zhǎng)尺度的二維人工人次表面被用來激發(fā)渦旋光束，盡管如此，在Pancharatnam-Berry相位原理的基礎(chǔ)上，在大多數(shù)情況下只有圓偏振光可以通過使用人工電磁表面來轉(zhuǎn)化為渦旋光束，因此很少提及用線偏振光照射產(chǎn)生渦旋光束。在之前的研究中，金屬海豚形元胞圓陣列超表面被用來將線偏振光轉(zhuǎn)換為矢量渦旋光束，從而兼顧了上述的兩個(gè)問題，但其透射場(chǎng)局域性和縱向場(chǎng)分量占比不是很理想，這會(huì)影響納米粒子的精準(zhǔn)操控和操控靈敏度，從而在很大程度上影響二維人工電磁表面在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

綜上，本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了一種產(chǎn)生高局域性和高縱向場(chǎng)分量比例特性的局域復(fù)合偏振光場(chǎng)的多結(jié)構(gòu)組合人工電磁表面。該人工電磁表面有金屬海豚形元胞圓陣列-金屬圓柱、海豚形元胞圓陣列-石墨烯層、金屬海豚形元胞圓陣列-金屬圓柱-石墨烯層三種組合結(jié)構(gòu)，基底為可見光波段常用介質(zhì)材料，以可見光波段線偏振高斯光束作為入射源，圓陣列半徑為R₁，金屬圓柱半徑為R₂，金屬材料層厚度為D₁，石墨烯層厚度為D₂。金屬海豚形元胞圓陣列-金屬圓柱組合結(jié)構(gòu)可激發(fā)較高局域性和高縱向場(chǎng)分量占比的矢量渦旋光場(chǎng)且金屬圓柱半徑越大光場(chǎng)局域性越強(qiáng)、縱向場(chǎng)分量占比越大，金屬海豚形元胞圓陣列-石墨烯層組合結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生高局域性的矢量渦旋光場(chǎng)，金屬海豚形元胞圓陣列-金屬圓柱-石墨烯層組合結(jié)構(gòu)激發(fā)的矢量渦旋光場(chǎng)兼顧了高局域性和高縱向場(chǎng)分量占比。本發(fā)明對(duì)量子通信、分子篩選、納米操控等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生高局域性和高縱向場(chǎng)分量比例特性的局域復(fù)合偏振光場(chǎng)的多結(jié)構(gòu)組合人工電磁表面。該人工電磁表面有金屬海豚形元胞圓陣列-金屬圓柱、海豚形元胞圓陣列-石墨烯層、金屬海豚形元胞圓陣列-金屬圓柱-石墨烯層三種組合結(jié)構(gòu)，基底為可見光波段常用介質(zhì)材料，以可見光波段線偏振高斯光束作為入射源，圓陣列半徑為R₁，金屬圓柱半徑為R₂，金屬材料層厚度為D₁，石墨烯層厚度為D₂。