CN108663740B - 基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器及制备方法，包括一基底和三透射式纳米砖阵列；基底的一侧面设有第一透射式纳米砖阵列，与该一侧面相对的另一侧面设有第二透射式纳米砖阵列和第三透射式纳米砖阵列；第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列均由若干纳米砖阵列单元在基底上按阵列形式排列构成；纳米砖阵列单元又由基底上等间距排列成一行的方位角为零、但尺寸不一的若干电介质纳米砖构成；第三透射式纳米砖阵列由若干方位角为45°且尺寸一致的电介质纳米砖按阵列形式排列构成。本发明可将一束随机偏振态入射光，高效地转换为振动方向相同且传播方向不变的两束线偏光；同时，本发明还具有低损耗、制造简单等优点。

Description

基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器及制备方法

技术领域

本发明属于信息光学技术领域，尤其涉及一种基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器及制备方法。

背景技术

线偏振光广泛应用于光测量、光传感和光通信等光学技术领域中。传统的晶体线起偏器主要是利用晶体的双折射特性制成的，而在双折射晶体中，入射的自然光被分解为光矢量互相正交的线偏光传播，由于起偏器仅让振动方向沿着透光轴方向的线偏光出射，导致线起偏器的损耗比较大，并且实际使用中的偏振器件不太理想，自然光透过后得到的不是完全线偏光，而是部分偏振光。因此，线偏振技术亟待高效率和高稳定性地更新和突破。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器及制备方法，该线偏振光起偏器高效，低损，且结构简单。

本发明基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器，包括一基底和三透射式纳米砖阵列；

基底的一侧面设有第一透射式纳米砖阵列，与该一侧面相对的另一侧面设有第二透射式纳米砖阵列和第三透射式纳米砖阵列，第一透射式纳米砖阵列和第三透射式纳米砖阵列相对设置；

所述第一透射式纳米砖阵列和所述第二透射式纳米砖阵列均由若干纳米砖阵列单元在基底上按阵列形式排列构成；其中，纳米砖阵列单元又由基底上等间距排列成一行的方位角为零、但尺寸不一的若干电介质纳米砖构成；

所述第三透射式纳米砖阵列由若干方位角为45°且尺寸一致的电介质纳米砖按阵列形式排列构成；

第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列中，所有相邻的电介质纳米砖在行方向和列方向上的间距均相等，且在行方向上的间距等于在列方向上的间距；

所述电介质纳米砖均为亚波长尺寸。

进一步的，所述基底为二氧化硅基底。

进一步的，所述电介质纳米砖为硅纳米砖。

进一步的，所述纳米砖阵列单元中电介质纳米砖的数量为2～6。

进一步的，第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列中，纳米砖阵列单元在行方向的数量与周期长度Px的乘积不小于入射光斑在行方向上的尺寸；同时，纳米砖阵列单元在列方向的数量与周期长度Py的乘积不小于入射光斑在列方向上的尺寸；

所述周期长度Px和Py分别指：行和列方向上，相邻的两纳米砖阵列单元中第一个电介质纳米砖的距离。

进一步的，第三透射式纳米砖阵列中，行方向的电介质纳米砖数量与像元大小的乘积不小于入射光斑在行方向上的尺寸；列方向的电介质纳米砖数量与像元的乘积大小不小于入射光斑在列方向上的尺寸；

所述像元大小为透射式纳米砖阵列中相邻的电介质纳米砖在行方向或列方向的间距。

进一步的，所述第一透射式纳米砖阵列、所述第二透射式纳米砖阵列、所述第三透射式纳米砖阵列的尺寸相同。

本发明提供的上述线偏振光起偏器的制备方法，包括步骤：

步骤1，优化纳米砖阵列单元中电介质纳米砖的几何参数，所述几何参数包括电介质纳米砖的长、宽、高和像元大小，像元大小等于透射式纳米砖阵列中相邻的电介质纳米砖在行方向的间距，也等于在列方向的间距；

本步骤具体为：

利用电磁仿真工具，在仿真时，以一束随机偏振态入射光垂直基底入射于第一透射式纳米砖阵列，以第二透射式纳米砖阵列出射的透射光的相位延迟为优化对象，寻找出相位延迟最接近相位延迟要求值且透射效率高于预设值的一组几何参数；

步骤2，优化第三透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的几何参数；

本步骤具体为：

利用电磁仿真工具，在仿真时，以一束行方向偏振或列方向偏振的线偏光垂直基底入射于第三透射式纳米砖阵列，以透射光的转化效率作为优化对象，寻找一组交叉偏振转化效率最高、同向转化效率最低的几何参数；

步骤3，优化线偏振光起偏器的尺寸；

本步骤具体为：

根据随机偏振态入射光的入射光斑尺寸，基于各透射式纳米砖阵列需覆盖住入射光斑的原则，确定透射式纳米砖阵列在行方向和列方向的总长；再结合第三透射式纳米砖阵列上透射光束的衍射角，确定基底厚度；

步骤4，优化第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列的排布方式；

本步骤具体为：

将第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列当成透射式闪耀光栅，基于周期长度Px即透射式闪耀光栅的光栅常数的原则，根据入射光的工作主波长确定周期长度Px和Py，从而获得第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列的排布方式；周期长度Px和Py分别指行和列方向上，相邻的两纳米砖阵列单元中第一个电介质纳米砖的距离；

将第三透射式纳米砖阵列当成半波片，获得第三透射式纳米砖阵列的排布方式；

步骤5，采用标准光刻工艺制作线偏振光起偏器。

步骤5进一步包括：

(1)沉积硅材料薄膜层获得基底；

(2)基底上涂镀光刻胶；

(3)采用电子束直写或光刻机曝光光刻胶；

(4)依次经显影、离子刻蚀，即在基底上获得反射式纳米砖阵列或透射式纳米砖阵列。

本发明基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器可将一束随机偏振态入射光，高效地转换为振动方向相同且传播方向不变的两束线偏光；同时，本发明线偏振光起偏器还具有低损耗、高效率、制造简单、器件结构简单等优点。

因此，与现有技术相比，本发明基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器的优点如下：

(1)由两个元件组成，结构紧凑，体积小巧，集成度高，可用于多功能光子集成。

(2)低损耗，高效率，优良的稳定性，且结构简单。

附图说明

图1是实施例中线偏振光起偏器的结构和原理示意图；

图2是实施例中电介质纳米砖单元的结构示意图；

图3是实施例中纳米砖阵列单元的结构示意图；

图4是图1中线偏振光起偏器的左视图；

图5是图1中线偏振光起偏器的右视图；

图6是实施例中第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的相位延迟及透射效率分布图，Lx和Ly分别为单个电介质纳米砖单元x、y方向的长度；其中，图(a)为X轴方向相位延迟分布图，图(b)为X轴方向透射效率分布，图(c)为Y轴方向相位延迟分布图，图(d)为Y轴方向透射效率分布；

图7是实施例中第三透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的偏振转换效率图；

图8是实施例中第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列的排布示意图；

图9式实施例中第三透射式纳米砖阵列的排布示意图。

图中，1-第一透射式纳米砖阵列，2-第二透射式纳米砖阵列，3-第三透射式纳米砖阵列，4-基底，5-随机偏振态入射光，6-第一线偏光TE波，7-第二线偏光TE波，8-电介质纳米砖，9-基底单元，10-纳米砖阵列单元。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

需要注意的是，本文中所述电介质纳米砖的间距即电介质纳米砖中心的距离。

下面将结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

见图1所示的线偏振光起偏器，包括一基底4和三透射式纳米砖阵列，基底4左侧下半部设有第一透射式纳米砖阵列1，基底4右侧的上半部和下半部分别设有第二透射式纳米砖阵列2和第三透射式纳米砖阵列3；第一透射式纳米砖阵列1和第三透射式纳米砖阵列3相对设置。当一束随机偏振态入射光5从第一透射式纳米砖阵列1入射后，可转换为两束均沿X轴方向振动的线偏光TE波，分别记为第一线偏光TE波6和第二线偏光TE波7。第一线偏光TE波6为从第二透射式纳米砖阵列2出射的线偏光TE波，第二线偏光TE波7为从第三透射式纳米砖阵列3出射的线偏光TE波。其中，第二线偏光TE波7由沿Y轴方向振动的线偏光TM波转换得到。这里，X轴方向指基底4的长轴方向，Y轴方向指与基底4左右侧面平行的方向，Z轴方向即垂直于基底4左右侧面的方向。X轴方向和Y轴方向也对应透射式纳米砖阵列的行方向和列方向，或者对应透射式纳米砖阵列的列方向和行方向。

更具体的，当一束随机偏振态入射光5垂直照射于第一透射式纳米砖阵列1上，被分解为两束振动方向相互垂直的线偏光，记为TE波和TM波。将TE波与第一透射式纳米砖阵列1法线的夹角记为θ，即透射光束的衍射角。TE波经第二透射式纳米砖阵列2变换为与随机偏振态入射光5平行的第一线偏光TE波6。TM波与第一透射式纳米砖阵列1法线的夹角为0，即TM波平行透射，TM波经第三透射式纳米砖阵列3后变换为与随机偏振态入射光5平行的第二线偏光TE波7。

本发明中，基底4是用来提供透射式纳米砖阵列的附着点。第一透射式纳米砖阵列1和第二透射式纳米砖阵列2作用相当于闪耀光栅，第一透射式纳米砖阵列1用来将垂直入射的随机偏振态入射光5分解为两束振动方向相互垂直的线偏光，即TM波和TE波。对于具有特定入射角的线偏光，第二透射式纳米砖阵列2用来将其转换为平行于随机偏振态入射光5的线偏光。第三透射式纳米砖阵列3的功能相当于半波片，用来改变线偏光的振动方向，当线偏光垂直入射时，出射光是与入射光振动方向垂直的线偏光。

为便于理解，下面将结合具体实施方式，分别详细阐述第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列的结构及工作原理。

一、第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列

本发明中，第一透射式纳米砖阵列1和第二透射式纳米砖阵列2的结构和尺寸均相同，所述尺寸相同指透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的数量、电介质纳米砖的距离、阵列的行数、以及阵列的列数均相同。

第一透射式纳米砖阵列1和第二透射式纳米砖阵列2均由若干纳米砖阵列单元10在基底4上按阵列形式排列构成；纳米砖阵列单元10由基底4上等间距排列成一行的若干方位角为零、但尺寸不一的电介质纳米砖8构成，方位角指电介质纳米砖长轴方向与X轴方向的夹角，纳米砖阵列单元10中各电介质纳米砖8都有特定的尺寸，各电介质纳米砖8均为亚波长尺寸。由若干纳米砖阵列单元10所构成的第一透射式纳米砖阵列1和第二透射式纳米砖阵列2，其具体形式可参见图4、图5以及图8。在第一透射式纳米砖阵列1和第二透射式纳米砖阵列2中，所有相邻的电介质纳米砖在行方向和列方向上的间距均相等，且在行方向上的间距等于在列方向上的间距。

图2所示为电介质纳米砖单元的结构，所有透射式纳米砖阵列均可看出由电介质纳米砖单元按阵列形式紧密排列构成。电介质纳米砖单元由基底单元9和位于基底单元9上的电介质纳米砖8构成，且基底单元9和电介质纳米砖8的中心在XOY面的投影重合，XOY面即图中基底单元9上表面所在的平面。将基底单元9的边长记为C，即像元大小，也即电介质纳米砖单元大小，其等于透射式纳米砖阵列中相邻的电介质纳米砖在行方向，也即X轴方向的间距；也等于相邻的电介质纳米砖在列方向，也即Y轴方向的间距。本具体实施方式中，第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列的像元大小均相同。电介质纳米砖8的长、宽、高分别记为L、W、H，长方向即电介质纳米砖的长轴方向。第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列可看出由若干电介质纳米砖单元按阵列形式紧密排列构成，但各电介质纳米砖单元中电介质纳米砖8的尺寸周期性变化。

图3所示为纳米砖阵列单元的一种具体形式，图3中，前4个在X轴方向上排成一行的电介质纳米砖8构成纳米砖阵列单元。本发明中，纳米砖阵列单元由至少2个方位角为零、但尺寸不一的电介质纳米砖8等间距排成行构成，纳米砖阵列单元中电介质纳米砖8的数量具体根据纳米砖阵列单元在X轴方向上的周期长度Px确定，Px＝N*C，N表示纳米砖阵列单元中电介质纳米砖的数量，周期长度Px等于光栅常数。所述周期长度Px，即：在X轴方向上，相邻的两纳米砖阵列单元中第一个电介质纳米砖的距离。本具体实施方式中，Px＝4C，电介质纳米砖的方位角α为0°。将纳米砖阵列单元中第一个电介质纳米砖中心的位置x0记为0，则第二个电介质纳米砖中心的位置x1为C，第三个电介质纳米砖中心的位置x2为2C，以此类推。纳米砖阵列单元在Y轴方向上的周期长度Py＝C。

当纳米砖阵列单元10在X轴或Y轴方向上排列时，就构成透射式闪耀光栅，光栅常数d＝Px。对于TE波或TM波来说，其闪耀角

闪耀角即透射光束的衍射角θ。当纳米砖阵列单元10仅沿X轴方向排列时，则TE波在X轴方向上发生衍射，TM波不发生衍射；当纳米砖阵列单元10仅在Y轴方向上排列时，则TM波在Y轴方向上发生衍射，TE波不发生衍射。本发明中，第一透射式纳米砖阵列1和第二透射式纳米砖阵列2均由纳米砖阵列单元10同时沿X轴方向和Y轴方向排列构成。

对本发明线偏振光起偏器而言，第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列中，纳米砖阵列单元在X轴方向的数量与周期长度Px的乘积应不小于入射光斑在X轴方向上的尺寸；同时，纳米砖阵列单元在Y轴方向的数量与周期长度Py的乘积应不小于入射光斑在Y轴方向上的尺寸。这里，纳米砖阵列单元在X轴方向的数量以及在Y轴方向的数量，即纳米砖阵列单元在X轴方向和Y轴方向的周期数。

二、第三透射式纳米砖阵列

本发明中，第三透射式纳米砖阵列3由若干方位角为45°且尺寸一致的电介质纳米砖8在基底4上排列构成，其中，电介质纳米砖8均为亚波长尺寸。第三透射式纳米砖阵列3的一种具体形式参见图5和图9。对本发明线偏振光起偏器而言，第三透射式纳米砖阵列中，X轴方向的电介质纳米砖数量与像元C的乘积应不小于入射光斑在X轴方向上的尺寸；Y轴方向的电介质纳米砖数量与像元C的乘积应不小于入射光斑在Y轴方向上的尺寸。本实施例中，基底4为长方体形，且为二氧化硅基底；电介质纳米砖为硅纳米砖。第一透射式纳米砖阵列1、第二透射式纳米砖阵列2、第三透射式纳米砖阵列3的尺寸相同。对第一透射式纳米砖阵列1、第二透射式纳米砖阵列2、第三透射式纳米砖阵列3而言，其中电介质纳米砖单元的像元大小均相同。

第三透射式纳米砖阵列所基于的调制原理如下：

通过优化设计第三透射式纳米砖阵列3中电介质纳米砖8的方位角，使光波入射时光波在电介质纳米砖8的长轴和短轴方向产生相位延迟，且振幅保持一致。也就是说，每一个电介质纳米砖都可以等效为一个微型的相位调制器。进一步来说，当这个相位延迟为π时，即实现了半波片功能。半波片具有相位调控功能，可以通过公式推导证明。

已知半波片琼斯矩阵

其中，α为电介质纳米砖的方位角，即电介质纳米砖长轴方向与X轴方向的夹角，α用来表示电介质纳米砖的朝向，见图2。当入射光是随机偏振态入射光时，其琼斯矩阵可以用

表示，根据矢量运算法则，有：

即琼斯矩阵可以用分别在水平和垂直方向振动的一对正交的线偏光来表示，其中，

表示TE波，

表示TM波。

因此，出射光波可以表示为：

从式(2)可看出，经过电介质纳米砖出射的光波受到电介质纳米砖方位角α的调制。因此，如果把超表面分化为若干个均匀的网格，每个网格由一个纳米砖组成，那么只需要改变纳米砖的转角，就可以对入射光波实现调制。

进一步的，当α＝45°时，式(2)可以表示为：

式(3)即本发明基于电介质纳米砖的第三透射式纳米砖阵列的衍射光学调制原理。

下面将结合线偏振光起偏器的上述实施例，进一步说明本发明线偏振光起偏器的制备方法。

选取的可见光波段，设定主波长λ＝658nm。

第一步，优化第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的几何参数。

所述几何参数包括电介质纳米砖的长L、宽W、高H、以及像元大小C。本步骤利用现有的电磁仿真软件平台完成，例如CST MCW studio、Comsol等。仿真时，以一束随机偏振态入射光垂直基底入射于第一透射式纳米砖阵列，以第二透射式纳米砖阵列出射的透射光的相位延迟为优化对象，寻找出相位延迟最接近相位延迟要求值且透射效率高于预设值的一组几何参数。

本实施例中，优化的纳米砖阵列单元中各电介质纳米砖的几何参数分别为：L_T1＝170nm，W_T1＝125nm，H_T1＝310nm；L_T2＝95nm，W_T2＝125nm，H_T2＝310nm；L_T3＝115nm，W_T3＝105nm，H_T3＝310nm；L_T4＝165nm，W_T4＝75nm，H_T4＝310nm；C＝250nm。该几何参数下，第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列的透射效率和相位延迟曲线见图6。

第二步，优化第三透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的几何参数。

和第一步的优化目的，第三透射式纳米砖阵列的优化更关心透射光的转换效率。因此，第三透射式纳米砖阵列的优化以透射光的转换效率为优化对象。本实施例中，优化的第三透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的几何参数为：L_T5＝160nm，W_T5＝60nm，H_T5＝310nm，C＝250nm。该几何参数下，第三透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的偏振转化效率曲线见图7。

第三步，优化线偏振光起偏器的结构。

设随机偏振态入射光的入射光斑半径R＝1mm，第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列在X轴和Y轴方向的长度要确保能覆盖入射光斑。本实施例中，取第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列在X轴和Y轴方向的长度均为2mm。设透射光束衍射角θ＝45°，基底在X轴和Y轴方向的尺寸根据第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列在X轴和Y轴方向的总长确定，基底在Z轴方向的尺寸Lz(即基底厚度)，由透射式硅纳米砖阵列上透射光束的衍射角和透射式纳米砖阵列在X轴方向的总长确定，更具体的，Lz＝Lxsinθ/2，Lx为基底在X轴方向的尺寸。基底空间上X方向上由两个透射式纳米砖阵列紧密拼接成，所有，综上，本实施例中，基底在X轴、Y轴、Z轴方向的长宽高分别取为4mm、2mm、2mm。

第四步，确定第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列的排布。

按照闪耀光栅的功能，确定第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列在Y轴方向的周期长度Py＝C＝250nm，在X轴方向的周期长度Px由Px＝d和dsinθ＝mλ确定，其中，m为光栅衍射级次，本实施例中，m取为1；λ为工作主波长。经计算，得Px＝1μm。本实施例所得第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列的排布见图8，该图仅画出2×8个纳米砖阵列单元的周期排列。

按照半波片的功能，确定第三透射式纳米砖阵列的排布。本实施例所得第三透射式纳米砖阵列见图9所示，该图仅画出8×8个电介质纳米砖的阵列排布。

第五步，采用标准光刻工艺制作线偏振光起偏器。

下面将提供本步骤的一种具体实施过程：

(1)沉积硅材料薄膜层获得基底；(2)基底上涂镀光刻胶；(3)采用电子束直写或光刻机曝光光刻胶；(4)依次经显影、离子刻蚀，即在基底上获得透射式纳米砖阵列。

上述实施例所述是用以具体说明本发明，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本发明的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本发明的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

Claims (9)

1.基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器，其特征是：

包括一基底和三透射式纳米砖阵列；

基底的一侧面设有第一透射式纳米砖阵列，与该一侧面相对的另一侧面设有第二透射式纳米砖阵列和第三透射式纳米砖阵列，第一透射式纳米砖阵列和第三透射式纳米砖阵列相对设置；

所述第一透射式纳米砖阵列和所述第二透射式纳米砖阵列均由若干纳米砖阵列单元在基底上按阵列形式排列构成；其中，纳米砖阵列单元又由基底上等间距排列成一行的方位角为零、但尺寸不一的若干电介质纳米砖构成；

所述第三透射式纳米砖阵列由若干方位角为45°且尺寸一致的电介质纳米砖按阵列形式排列构成；

第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列中，所有相邻的电介质纳米砖在行方向和列方向上的间距均相等，且在行方向上的间距等于在列方向上的间距；

所述电介质纳米砖均为亚波长尺寸，该电介质纳米砖为第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列中的所有的电介质纳米砖；

所述方位角指电介质纳米砖长轴方向与X轴方向的夹角，X轴方向指基底的长轴方向。

2.如权利要求1所述的基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器，其特征是：

所述基底为二氧化硅基底。

3.如权利要求1所述的基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器，其特征是：

所述电介质纳米砖为硅纳米砖。

4.如权利要求1所述的基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器，其特征是：

所述纳米砖阵列单元中电介质纳米砖的数量为2～6。

5.如权利要求1所述的基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器，其特征是：

第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列中，纳米砖阵列单元在行方向的数量与周期长度Px的乘积不小于入射光斑在行方向上的尺寸；同时，纳米砖阵列单元在列方向的数量与周期长度Py的乘积不小于入射光斑在列方向上的尺寸；

所述周期长度Px和Py分别指：行和列方向上，相邻的两纳米砖阵列单元中第一个电介质纳米砖的距离。

6.如权利要求1所述的基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器，其特征是：

第三透射式纳米砖阵列中，行方向的电介质纳米砖数量与像元大小的乘积不小于入射光斑在行方向上的尺寸；列方向的电介质纳米砖数量与像元的乘积大小不小于入射光斑在列方向上的尺寸；

所述像元大小为透射式纳米砖阵列中相邻的电介质纳米砖在行方向或列方向的间距。

7.如权利要求1所述的基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器，其特征是：

所述第一透射式纳米砖阵列、所述第二透射式纳米砖阵列、所述第三透射式纳米砖阵列的尺寸相同。

8.如权利要求1所述的基于电介质纳米砖超材料的线偏振光起偏器的制备方法，其特征是，包括步骤：

步骤1，优化纳米砖阵列单元中电介质纳米砖的几何参数，所述几何参数包括电介质纳米砖的长、宽、高和像元大小，像元大小等于透射式纳米砖阵列中相邻的电介质纳米砖在行方向的间距，也等于在列方向的间距；

本步骤具体为：

利用电磁仿真工具，在仿真时，以一束随机偏振态入射光垂直基底入射于第一透射式纳米砖阵列，以第二透射式纳米砖阵列出射的透射光的相位延迟为优化对象，寻找出相位延迟最接近相位延迟要求值且透射效率高于预设值的一组几何参数；

步骤2，优化第三透射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的几何参数；

本步骤具体为：

利用电磁仿真工具，在仿真时，以一束行方向偏振或列方向偏振的线偏光垂直基底入射于第三透射式纳米砖阵列，以透射光的转化效率作为优化对象，寻找一组交叉偏振转化效率最高、同向转化效率最低的几何参数；

步骤3，优化线偏振光起偏器的尺寸；

本步骤具体为：

根据随机偏振态入射光的入射光斑尺寸，基于各透射式纳米砖阵列需覆盖住入射光斑的原则，确定透射式纳米砖阵列在行方向和列方向的总长；再结合第三透射式纳米砖阵列上透射光束的衍射角，确定基底厚度；

步骤4，优化第一透射式纳米砖阵列、第二透射式纳米砖阵列、第三透射式纳米砖阵列的排布方式；

本步骤具体为：

将第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列当成透射式闪耀光栅，基于周期长度Px即透射式闪耀光栅的光栅常数的原则，根据入射光的工作主波长确定周期长度Px和Py，从而获得第一透射式纳米砖阵列和第二透射式纳米砖阵列的排布方式；周期长度Px和Py分别指行和列方向上，相邻的两纳米砖阵列单元中第一个电介质纳米砖的距离；

将第三透射式纳米砖阵列当成半波片，获得第三透射式纳米砖阵列的排布方式；

步骤5，采用标准光刻工艺制作线偏振光起偏器。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征是：

步骤5进一步包括：

(1)沉积硅材料薄膜层获得基底；

(2)基底上涂镀光刻胶；

(3)采用电子束直写或光刻机曝光光刻胶；

(4)依次经显影、离子刻蚀，即在基底上获得反射式纳米砖阵列或透射式纳米砖阵列。

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