[發(fā)明專(zhuān)利]基于超構(gòu)光柵的多功能高效分束器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210027490.9
• 申請(qǐng)日: 2022-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114167533A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐亞?wèn)|;孫寶印;曹燕燕;金霞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B5/18
• 分類(lèi)號(hào): G02B5/18
• 代理公司: 蘇州三英知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32412
• 代理人: 周仁青

本發(fā)明揭示了一種基于超構(gòu)光柵的多功能高效分束器，所述分束器包括若干周期性分布的超構(gòu)光柵，所述超構(gòu)光柵包括若干間隔分布的介質(zhì)層，介質(zhì)層之間形成有多個(gè)空氣狹縫，介質(zhì)層與空氣狹縫的厚度相等，介質(zhì)層具有不同的寬度，空氣狹縫具有不同的寬度，每個(gè)超構(gòu)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。本發(fā)明的分束器基于超構(gòu)光柵的衍射機(jī)制，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量和偏振的高效率光束分裂，并具有寬帶響應(yīng)，能夠適用于成像系統(tǒng)及光通信領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光束傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超構(gòu)光柵的多功能高效分束器。

背景技術(shù)

分束器(Light Beam Splitters，LBS)可以將入射光束分為兩部分，是現(xiàn)代先進(jìn)光學(xué)技術(shù)中不可或缺的光學(xué)元件，在許多應(yīng)用和各種光學(xué)設(shè)備中發(fā)揮著重要作用，如光學(xué)開(kāi)關(guān)、光偏振儀、量子光子學(xué)集成電路和通信設(shè)備等，LBS通常為光柵或半反射鏡面，其重量大，難以集成到緊湊型光學(xué)器件中。

隨著集成光子學(xué)的發(fā)展，人們迫切需要緊湊高效的LBS，這促使人們以各種方式努力實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。納米光子學(xué)中出現(xiàn)的光學(xué)相位梯度超表面(PGM)為我們提供了一種設(shè)計(jì)緊湊、平坦、高性能的LBS的新范例。PGM是亞波長(zhǎng)元原子的周期性排列，通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)光與元原子之間的相互作用，可以有效地操縱電磁波(EM)的振幅、相位和偏振特性，從而產(chǎn)生各種功能，如超薄隱形、超透鏡、回射和不對(duì)稱(chēng)傳播等。

然而，對(duì)于目前報(bào)道的大多數(shù)基于亞表面的LBS，對(duì)于固定偏振光，它們只能實(shí)現(xiàn)偏振分裂或能量分離，很少有研究報(bào)道在一個(gè)設(shè)計(jì)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)功能。光子集成系統(tǒng)具有靈活多樣的光流控制能力，因此需要多功能、高效率的LBS。

因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提供一種基于超構(gòu)光柵的多功能高效分束器。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于超構(gòu)光柵的多功能高效分束器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：

一種基于超構(gòu)光柵的多功能高效分束器，所述分束器包括若干周期性分布的超構(gòu)光柵，所述超構(gòu)光柵包括若干間隔分布的介質(zhì)層，介質(zhì)層之間形成有多個(gè)空氣狹縫，介質(zhì)層與空氣狹縫的厚度相等，介質(zhì)層具有不同的寬度，空氣狹縫具有不同的寬度，每個(gè)超構(gòu)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。

一實(shí)施例中，所述分束器用于實(shí)現(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)橫向電偏振光的全反射及橫向磁偏振光衍射階數(shù)最低的負(fù)折射。

一實(shí)施例中，所述超構(gòu)光柵包括m個(gè)空氣狹縫，超構(gòu)光柵的周期寬度為p，介質(zhì)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。

一實(shí)施例中，橫向磁偏振光在所述空氣狹縫中僅存在基本模式，且滿(mǎn)足：

其中，β_i為傳播常數(shù)，其實(shí)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(zhǎng)，ε_m為介質(zhì)層的介電常數(shù)；

第i個(gè)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(chǎn)生的附加相位。