[發(fā)明專利]一種基于V形光學天線超構表面的解復用器件及其工作方法

有效

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• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109597160B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 李炎;劉亞楠;李康
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B1/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

本發(fā)明涉及一種基于V形光學天線超構表面的解復用器件及其工作方法，包括基底及設置在基底上的周期性排列的若干個V形天線單元組，若干個V形天線單元組沿X軸依次排列，沿Y軸平行排列，每個V形天線單元組包括6個V形天線，相鄰V形天線之間的相位差為π/3，實現(xiàn)0到2π的相位覆蓋。本發(fā)明解復用器件可以實現(xiàn)針對特定波段多波長光的不同角度偏折。基于廣義斯涅爾定律，在1450nm?1650nm的工作波段中，通過對V形天線的臂長和夾角的調制，在界面處引入相位突變梯度，實現(xiàn)異常折射。通過入射光與界面處的微納天線陣列相互作用，可以實現(xiàn)0?2π范圍內的線性極化轉換透射相移的靈活調制，以及對不同波長光不同角度的色散。

技術領域

本發(fā)明涉及超構材料及集成光子器件技術領域，尤其涉及一種基于V形光學天線超構表面的解復用器件及其工作方法。

背景技術

超構材料(metamaterials)是指自然界中不存在的，具有天然材料所不具備的超常物理特性的人工復合結構或復合材料，一般具有例如完美吸收、負折射率等超常物理特性。

光學色散是光學中非常具有研究價值的一部分，其在光信息處理等方面具有重要作用。傳統(tǒng)光學元器件對于光束波前的調制是通過光束經過元器件時產生的連續(xù)相位延遲的積累實現(xiàn)的，光學元器件尺寸通常較大，且天然材料的介電常量是受限的。

超構表面是一種基于亞波長微細結構制備的厚度小于波長的層狀材料，它是一種結合了光學與納米技術的新概念，可以通過亞波長的微細結構實現(xiàn)對電磁波偏振、振幅、相位、極化方式等多種特性的調控，與傳統(tǒng)光學元器件相比，具有輕薄、易集成、低損耗等優(yōu)勢，在光學色散、等離子體傳感、聚焦/成像器件等技術領域具有較高的應用潛力。

現(xiàn)有的解復用器件存在體積大、成本高、不易集成和難以規(guī)模化應用等問題，難以滿足目前數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點等大規(guī)模應用需求。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明從微納天線的單元結構以及陣列形式的設計出發(fā),提供了一種V形光學天線超構表面解復用器件，本發(fā)明超構表面由周期性排列的V形天線組成，實現(xiàn)了針對特定波段不同波長光束的角度色散。

本發(fā)明還提供了上述基于V形光學天線超構表面的解復用器件的工作方法。

本發(fā)明的技術方案為：

一種基于V形光學天線超構表面的解復用器件,包括基底及設置在所述基底上的周期性排列的若干個V形天線單元組，若干個V形天線單元組沿X軸依次排列，沿Y軸平行排列，X軸為解復用器件的較長邊，Y軸為解復用器件的較長邊的相鄰邊，每個V形天線單元組包括6個V形天線，相鄰V形天線之間的相位差為π/3，實現(xiàn)0到2π的相位覆蓋。本發(fā)明解復用器件可以實現(xiàn)針對特定波段多波長光的不同角度偏折。

基于廣義斯涅爾定律，在1450nm-1650nm的工作波段中，通過對V形天線的臂長和夾角的調制，在界面處引入相位突變梯度，實現(xiàn)異常折射。通過入射光與界面處的微納天線陣列相互作用，可以實現(xiàn)0-2π范圍內的線性極化轉換透射相移的靈活調制，以及對不同波長光不同角度的色散。

入射光電磁波經過V形天線后，通過與超構表面處的等離子體波相互作用可以實現(xiàn)對入射光振幅和相位的調制，通過調節(jié)V形天線臂長h和夾角α，可以使散射電磁波獲得不同的相位響應，從而可以實現(xiàn)在0-2π范圍內的取值。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述6個V形天線包括依次排列的V形天線1、V形天線2、V形天線3、V形天線4、V形天線5、V形天線6，V形天線1與V形天線4關于X軸對稱，V形天線2與V形天線5關于X軸對稱，V形天線3與V形天線6關于X軸對稱。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，V形天線1的夾角為45°時，V形天線1的臂長為0.28—0.3um；V形天線2的夾角為90°時，V形天線2的臂長為0.26—0.28um；V形天線3的夾角為135°時，V形天線3的臂長為0.22—0.24um；每個V形天線包括兩個連接的臂，兩個臂之間形成夾角。