[發明專利]基于超構光柵的多功能高效分束器

在審

• 申請號: 202210027490.9
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114167533A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 徐亞東;孫寶印;曹燕燕;金霞
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 蘇州三英知識產權代理有限公司 32412
• 代理人: 周仁青

1.一種基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，所述分束器包括若干周期性分布的超構光柵，所述超構光柵包括若干間隔分布的介質層，介質層之間形成有多個空氣狹縫，介質層與空氣狹縫的厚度相等，介質層具有不同的寬度，空氣狹縫具有不同的寬度，每個超構光柵的相位延遲跨越2π的相位范圍，相鄰空氣狹縫之間的相位差ΔΦ相等。

2.根據權利要求1所述的基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，所述分束器用于實現入射光束的偏振分裂，入射光束包括橫向電偏振光和橫向磁偏振光，分束器能夠實現橫向電偏振光的全反射及橫向磁偏振光衍射階數最低的負折射。

3.根據權利要求1所述的基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，所述超構光柵包括m個空氣狹縫，超構光柵的周期寬度為p，介質層與空氣狹縫的厚度為d，空氣狹縫的寬度為w_i，i＝1～m，相鄰空氣狹縫之間的中心距離為a＝p/m，相鄰空氣狹縫之間的相位差ΔΦ＝2π/m。

4.根據權利要求3所述的基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，橫向磁偏振光在所述空氣狹縫中僅存在基本模式，且滿足：

其中，β_i為傳播常數，其實部表示傳播波矢量，虛部表示表面等離子體激元在空氣狹縫中的耗散，k₀＝2π/λ為真空中的波矢量，λ為入射光束的波長，ε_m為介質層的介電常數；

第i個空氣狹縫的相位延遲Φ_i為：

Φ_i＝β_i*d-δ；

其中，δ為光柵和空氣之間的界面處多次反射而產生的附加相位。

5.根據權利要求4所述的基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，所述介質層的材料為銀，介電常數ε_m＝-17.36+0.715i，超構光柵的周期寬度為p＝λ，介質層與空氣狹縫的厚度為d＝0.6λ～2.4λ，超構光柵包括5個空氣狹縫，寬度分別為w₁、w₂、w₃、w₄、w₅，相鄰空氣狹縫之間的相位差ΔΦ＝2π/5。

6.根據權利要求5所述的基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，所述入射光束的波長λ為590nm～668nm，入射角為θ_i∈(-74°,-7°)。

7.根據權利要求5所述的基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，所述入射光束的波長λ＝650nm，且d＝1.5λ時，空氣狹縫的寬度分別為w₁＝120nm、w₂＝68nm、w₃＝46nm、w₄＝34nm、w₅＝27nm。

8.根據權利要求6或7所述的基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，橫向磁偏振光在所述超構光柵的入射角和反射角滿足：

k₀sinθ_i＝k₀sinθ_t+nG；

其中，為相位梯度，θ_i和θ_t分別為入射角和折射角，G＝2π/p為倒格矢，n為衍射級次，且ζ＝G。

9.根據權利要求8所述的基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，n＝-1為橫向磁偏振光的最低衍射級次；

當入射角小于臨界角時，折射光遵循n＝-1的衍射級次；

當入射角大于臨界角時，折射光遵循n＝1的衍射級次。

10.根據權利要求6所述的基于超構光柵的多功能高效分束器，其特征在于，所述橫向電偏振光的反射消光比ERTE大于10dB，所述橫向磁偏振光的透射消光比ERTM大于132dB。