CN116047634A - 一种外在手性超表面制备方法及非对称偏振转换器 - Google Patents

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胡浩
符显辉
张斯豪
伍泓锦
陈靖
陈宗强
吴强
卢瑶
孙骞
许京军
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Abstract

本发明公开了一种外在手性超表面制备方法及非对称偏振转换器，基于单层外在手性超表面去实现非对称反射偏振转换，即正反方向上实现不同的偏振转换，甚至在一个反射方向的线偏振光其偏振保持不变，相反方向转换为另一个偏振的线偏振光的技术，该技术在反射双通道中实现不同的偏振态通讯、计算等应用中具有巨大的应用潜力；基于单层外在手性超表面去实现非对称透射偏振转换，即正反方向上实现不同的偏振转换，甚至在一个传播方向的线偏振光其偏振保持不变，相反方向转换为另一个偏振的线偏振光的技术，该技术在正反向双通道中实现不同的偏振态通讯、计算等应用中具有巨大的应用潜力。

Description

一种外在手性超表面制备方法及非对称偏振转换器
技术领域
本发明属于非对称偏振转换器领域，具体涉及一种外在手性超表面制备方法及非对称偏振转换器。
背景技术
偏振是电磁波的一个本质特征，电磁波可以通过不同的偏振态在不同的环境中传输信息，因此实现对光场偏振态的控制与操纵对于成像、液晶显示，光纤通信和传感等领域的相关研究具有重要意义。在传统光学的系统中，偏振片和波片等都是重要的光学元器件，也是实现光场偏振态调控的主要工具。但是这些传统光学偏振器件由于尺寸大、重量重，因而已经不满足于微型化和集成化的光学系统的需求了。
类似于法拉第旋光效应。光场偏振转换效应由于其不需要引入外加磁场或者非对易材料而受到广泛的关注。随着超表面的出现，超表面光场偏振转换在可见、近红外以及太赫兹波段都取得了重要的进展，并实现了各种各样功能。比如线偏振光场偏振方向的垂直转换，线偏振光转换为圆偏振光等。
目前已有的非对称偏振转换器件，是将一个传播方向的线偏振光在传输模过程中转换为其正交偏振，而在相反方向上实现零传输。而在光学系统，反射元件是必不可少的，它起着折转光路、缩小仪器体积、改变像的正倒关系等作用。因此对于双通道的反射式非对称偏振转换器件是很有必要的。
目前超表面光场偏振转换在微波、可见、近红外以及太赫兹波段都取得了重要的进展，并实现了各种各样功能。比如线偏振光场偏振方向的垂直转换，线偏振光转换为圆偏振光等。而其中对于非对称偏振转换功能，指的是将一个传播方向的线偏振光在传输模式中转换为其正交偏振，并有效地反射相反传播方向的光。
现如今人们研究的非对称偏振转换大多是将一个传播方向的线偏振光在传输模式中转换为其正交偏振，并有效地反射相反传播方向的光。
现有技术的缺点：
只适用于单方向的偏振转换系统中，很大程度上限制了非对称偏振转换器件的应用范围。
目前的非对称偏振转换器件大多结构为多层材料，结构器件过于复杂，不利于加工，极大限制了偏振转换器件的发展。
发明内容
本发明所为了解决背景技术中存在的技术问题，目的在于提供了一种外在手性超表面制备方法及非对称偏振转换器，基于单层外在手性超表面去实现非对称反射偏振转换，即正反方向上实现不同的偏振转换，甚至在一个反射方向的线偏振光其偏振保持不变，相反方向转换为另一个偏振的线偏振光的技术，该技术在反射双通道中实现不同的偏振态通讯、计算等应用中具有巨大的应用潜力；基于单层外在手性超表面去实现非对称透射偏振转换，即正反方向上实现不同的偏振转换，甚至在一个传播方向的线偏振光其偏振保持不变，相反方向转换为另一个偏振的线偏振光的技术，该技术在正反向双通道中实现不同的偏振态通讯、计算等应用中具有巨大的应用潜力。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：
一种外在手性超表面制备方法，所述方法包括：
采用数值计算，模拟不同参数的U型金外在手性超表面；然后通过线偏振光倾斜入射按照非对称透射偏振转换结果，将结构尺寸参数设置为R＝350nm,w＝200nm和厚度为100nm.，阵列周期设置为PX＝1000nm,Py＝650nm；
采用电子束光刻蚀技术，在1mm厚的片状材料上，刻蚀出截面为5*5mm2的U型金分裂环谐振器阵列。
进一步，所述片状材料属性为石英玻璃。
一种基于单层外在手性超表面非对称反射偏振转换器，应用于上述的一种外在手性超表面，所述非对称反射偏振转换器，包括：白光源或激光源、偏振片、外在手性超表面、偏振片和光功率计；
白光源或激光的光束通过偏振片去形成线偏振光，线偏振光与超表面法线以45°角倾斜照射到超表面上，用偏振片和光功率计去测量反射光的偏振状态。
进一步，所述偏振片透过方向均平行于外在手性超表面的U型阵列对称轴方向，光源方向与法线所成夹角的平面不包括U型阵列对称轴。
一种基于单层外在手性超表面非对称透射偏振转换器，应用于上述一种外在手性超表面，所述非对称透射偏振转换器，包括：白光源或激光源、偏振片、外在手性超表面、偏振片和光功率计；
白光源或激光的光束通过偏振片去形成线偏振光，线偏振光与超表面法线以45°角倾斜照射到超表面上，用偏振片和光功率计去测量透射光的偏振状态。
进一步，所述偏振片透过方向均平行于外在手性超表面的U型阵列对称轴方向，光源方向与法线所成夹角的平面不包括U型阵列对称轴。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明为实现非对称反射、透射偏振转换器提供了一种新的实用方法，且工作频段在近红外，是通讯的核心频段，在某些对偏振控制要求较为严格的应用方向具有重要应用前景。
本发明由于采用的是单层外在手性超表面，因此会具有结构尺寸小，工艺简单、易加工等优点。
本发明两个方向均为反射，在今后的反射双通道光路中有重大应用。
附图说明
图1、本发明一种外在手性超表面的第一视角；
图2、本发明一种外在手性超表面的第二视角；
图3、非对称反射偏振转换器；
图4、非对称透射偏振转换器；
图5、 1550nm波长下的不同线偏振光入射时测量的正反向反射光偏振态的极坐标图；
图6、1550nm波长下的不同线偏振光入射时测量的透射光偏振态的极坐标图。
具体实施方式
下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1：
如图3所示，一种基于单层外在手性超表面非对称反射偏振转换器的具体实施步骤如下：
如图1、2所示，(1)采用数值计算，模拟不同参数的U型金外在手性超表面；然后通过线偏振光倾斜入射按照非对称透射偏振转换结果，将结构尺寸参数设置为R＝350nm,w＝200nm和厚度为100nm.，阵列周期设置为PX＝1000nm,Py＝650nm；
(2)采用电子束光刻蚀技术，在1mm厚的片状材料上，刻蚀出截面为5*5mm2的U型金分裂环谐振器阵列，材料属性为石英玻璃；
(3)白光源或激光的光束3通过偏振片4去形成线偏振光。线偏振光与超表面法线以45°角倾斜照射到超表面5上，用偏振片6和光功率计7去测量反射光的偏振状态。
所述偏振片透过方向均平行于U型阵列对称轴方向，光源方向与法线所成夹角的平面不包括U型阵列对称轴。
附图4为1550nm处的不同线偏振光入射时测量的正反向反射光偏振态的极坐标图。
实施例2：
如图5所示，一种基于单层外在手性超表面非对称透射偏振转换器的具体实施步骤如下：
(1)采用数值计算，模拟不同参数的U型金外在手性超表面；然后通过线偏振光倾斜入射按照非对称透射偏振转换结果，将结构尺寸参数设置为R＝350nm,w＝200nm和厚度为100nm.，阵列周期设置为PX＝1000nm,Py＝650nm；
(2)采用电子束光刻蚀技术，在1mm厚的片状材料上，刻蚀出截面为5*5mm2的U型金分裂环谐振器阵列，材料属性为石英玻璃；
(3)白光源或激光的光束3通过偏振片4去形成线偏振光。线偏振光与超表面法线以45°角倾斜照射到超表面5上，用偏振片6和光功率计7去测量透射光的偏振状态。
所述偏振片6透过方向均平行于U型阵列对称轴方向，光源方向与法线所成夹角的平面不包括U型阵列对称轴。
附图6为1550nm波长下的不同线偏振光入射时，测量的透射光偏振态极坐标图。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种外在手性超表面制备方法，其特征在于，所述方法包括：
采用数值计算，模拟不同参数的U型金外在手性超表面；然后通过线偏振光倾斜入射按照非对称透射偏振转换结果，将结构尺寸参数设置为R＝350nm,w＝200nm和厚度为100nm.，阵列周期设置为PX＝1000nm,Py＝650nm；
采用电子束光刻蚀技术，在1mm厚的片状材料上，刻蚀出截面为5*5mm2的U型金分裂环谐振器阵列。
2.根据权利要求1所述的一种外在手性超表面制备方法，其特征在于，所述片状材料属性为石英玻璃。
3.一种基于单层外在手性超表面非对称反射偏振转换器，其特征在于，应用于权利要求1-2中任一所述的一种外在手性超表面，所述非对称反射偏振转换器，包括：白光源或激光源、偏振片、外在手性超表面、偏振片和光功率计；
白光源或激光的光束通过偏振片去形成线偏振光，线偏振光与超表面法线以45°角倾斜照射到超表面上，用偏振片和光功率计去测量反射光的偏振状态。
4.根据权利要求3所述的一种基于单层外在手性超表面非对称反射偏振转换器，其特征在于，所述偏振片透过方向均平行于外在手性超表面的U型阵列对称轴方向，光源方向与法线所成夹角的平面不包括U型阵列对称轴。
5.一种基于单层外在手性超表面非对称透射偏振转换器，其特征在于，应用于权利要求1-2中任一所述的一种外在手性超表面，所述非对称透射偏振转换器，包括：白光源或激光源、偏振片、外在手性超表面、偏振片和光功率计；
白光源或激光的光束通过偏振片去形成线偏振光，线偏振光与超表面法线以45°角倾斜照射到超表面上，用偏振片和光功率计去测量透射光的偏振状态。
6.根据权利要求5所述的一种基于单层外在手性超表面非对称透射偏振转换器，其特征在于，所述偏振片透过方向均平行于外在手性超表面的U型阵列对称轴方向，光源方向与法线所成夹角的平面不包括U型阵列对称轴。
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