[發明專利]一種基于超構表面的多偏振態產生器

有效

• 申請號: 202010572039.6
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111596402B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王牧;彭茹雯;高雅君;熊翔;陳飛;郝西萍
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30
• 代理公司: 江蘇斐多律師事務所 32332
• 代理人: 向妮

本發明公開一種基于超構表面的多偏振態產生器，包括金屬反射層及依次形成于金屬反射層上的SiO₂層和金屬微結構層，金屬微結構層包括多個周期性分布的結構單元，結構單元由N個呈直線排布的微結構組成，微結構選自預先設置的微結構庫；微結構庫中的微結構包括M個不同尺寸的L形結構和M個L形鏡像結構；微結構具有可將正入射的特定響應波段的線偏振光轉化為圓偏振光的偏振轉換特性；多偏振態產生器還被構造為可將正入射的特定響應波段的線偏振光轉變為至少兩束沿不同角度出射的線偏振和/或圓偏振光束。本發明可以在特定響應波段下將正入射的線偏振光轉變為兩束或多束偏振態不同的光束并沿不同方向出射。

技術領域

本發明屬于光電信息功能器件與材料制備技術領域，具體涉及一種基于超構表面的多偏振態產生器。

背景技術

偏振態產生器可以將某特定偏振入射光轉化為特定偏振態的出射光，而多偏振態的同時產生在量子計算和量子通信等方面都有著重大應用。過去人們常使用傳統的雙折射材料或手性材料制作偏振態產生器，以實現偏振態的改變，但因為其工作原理的限制，器件無法實現小型化。近年來超構材料、超構表面的出現為人們克服這個缺陷提供了新的思路，但是如何利用一種超構表面同時產生多種不同的偏振態(線偏振、圓偏振)出射一直是本領域的技術難題，目前仍然無法實現。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開一種基于超構表面的多偏振態產生器，可以在特定響應波段下將正入射的線偏振光轉變為兩束或多束偏振態不同的光束并沿不同方向出射。

本發明通過設計一種超構表面來實現多種不同偏振態產生功能，具體表現為將特定響應波段下正入射的線偏振光轉變為多束偏振態各不相同的光束并沿不同角度出射，因此，又可將這種超構表面叫做多偏振產生器。本發明技術方案如下：

一種基于超構表面的多偏振態產生器，其特征在于，包括金屬反射層及依次形成于金屬反射層上的SiO₂層和金屬微結構層；所述微結構層包括多個周期性分布的結構單元；所述結構單元由N 個呈直線排布的微結構組成，所述微結構選自預先設置的微結構庫，相鄰微結構之間的距離為D，結構單元的分布周期為T，T＝D×N；所述微結構庫中的微結構包括M個不同尺寸的L形結構和M 個與L形結構鏡像對稱的L形鏡像結構，所述L形結構兩條邊的長度和寬度均相等；所述微結構具有可將正入射的特定響應波段的線偏振光轉化為圓偏振光的偏振轉換特性，其中，M個L形結構或M個L形鏡像結構產生的圓偏振光的附加相位以2π/M的間隔均勻覆蓋2π，且M個L形鏡像結構產生的圓偏振光手性與M個L形結構相反；所述多偏振態產生器還被構造為：可將正入射的特定響應波段的線偏振光轉變為至少兩束沿不同角度出射的線偏振和/或圓偏振光束。

作為一種優選方案，所述微結構庫包括8個L形結構S_i和8個L形鏡像結構S_i’，i＝1,2,…,8；其中，S_i用于特定響應波段時產生在界面處相位從0到7π/4均勻遞增，間隔π/4的右旋圓偏振態；S_i’用于特定響應波段時產生在界面處相位從0到7π/4均勻遞增，間隔π/4的左旋圓偏振態。

作為一種優選方案，所述特定響應波段為1250-1300nm時，所述L形結構S₁～S₈的邊長和線寬依次為：500±10nm，145±10nm；410±10nm，40±10nm；235±10nm，50±10nm；300±10nm，30±10 nm；220±10nm，85±10nm；285±10nm，150±10nm；345±10nm，185±10nm；465±10nm，210±10nm；所述L形結構S1～S8的厚度為50±10nm；所述相鄰微結構之間的距離D為700±20nm；所述S_iO₂層的厚度為200±10nm。

其中，所述結構單元及其對應的多偏振態產生器包括但不限于以下幾種：