本發(fā)明涉及一種偏振分束器，尤其是涉及一種基于等離激元納米結(jié)構(gòu)的偏振分束器。

背景技術(shù)：

偏振分束器是偏振光學(xué)應(yīng)用相關(guān)系統(tǒng)中的核心器件，在光纖通信、激光調(diào)制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于處理、偏振檢測與分析等方面都有重要應(yīng)用。偏振分束器，即抑制一定偏振方向光的入射，增強(qiáng)另外偏振方向光的入射。傳統(tǒng)的偏振分束器由雙折射晶體或具有二向色性的物質(zhì)構(gòu)成。隨著納米領(lǐng)域的工程技術(shù)和學(xué)術(shù)研究的發(fā)展，對納米量級的位移傳感器的需求越來越大。目前，納米結(jié)構(gòu)的偏振分束器主要有：

一種基于亞波長硅光柵的偏振分束器，應(yīng)用亞波長光柵的泄露模共振效應(yīng)以及布儒斯特效應(yīng)，偏振分束器在45度入射角附近對te偏振光具有很高的反射率同時(shí)對tm偏振光具有很高的透射率，同時(shí)具有一定的角度容差。

一種基于光子晶體自準(zhǔn)值效應(yīng)(沈曉鵬,韓奎,李海鵬,沈義峰,王子煜.光子晶體自準(zhǔn)直光束偏振分束器[j].物理學(xué)報(bào),2008,(03):1737-1741)的偏振分束器，自準(zhǔn)直效應(yīng)能有效地限制光子晶體中傳輸波的空間展寬,使其無衍射的準(zhǔn)直傳播.基于自準(zhǔn)直效應(yīng)容易實(shí)現(xiàn)光波的低損耗傳輸、大角度折彎和任意分束比的光分束。

然而這些偏振分束器大多對入射角度要求很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對制造技術(shù)要求高，難以對偏振光分束。而且結(jié)構(gòu)尺寸比工作波長大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有偏振分束器存在的不足之處，提供能在大的入射角范圍內(nèi)工作的一種基于等離激元納米結(jié)構(gòu)的偏振分束器。

本發(fā)明由多層光學(xué)材料組成，依次為周期性陣列、中間介電層、薄膜；所述薄膜為金屬銀。

所述周期性陣列可采用金屬銀制備，周期性陣列的厚度可為30nm，寬度可為165nm，周期大小為200nm。

所述中間介電層可采用介電材料制備的平整均勻薄膜，中間介電層的厚度可為30nm。

所述薄膜的厚度可為25nm。

本發(fā)明的工作原理是：單個(gè)銀帶和單個(gè)連續(xù)銀膜僅對電磁輻射具有電響應(yīng)，兩者阻抗相差很大。但是當(dāng)兩者組合在一起時(shí)，當(dāng)入射波的電場沿y方向偏振時(shí)，銀帶和銀膜之間的近場耦合產(chǎn)生相反方向的電流，然后形成電流回路并導(dǎo)致在特定頻率的磁共振。當(dāng)磁共振出現(xiàn)在特定的頻率時(shí)，可以滿足y偏振波在真空中的阻抗匹配條件。在～200太赫茲的頻率下，阻抗為z＝1.13～i0.14，其實(shí)部接近于1，虛部接近0。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的阻抗幾乎與真空的阻抗匹配，導(dǎo)致反射可忽略。同時(shí)，折射率的虛部相當(dāng)小(n＝2.31+i0.10)在系統(tǒng)中引起很小的損耗并且導(dǎo)致高的透射系數(shù)。與y方向上的阻抗與真空匹配相反，該系統(tǒng)在x方向上的有效阻抗在為z＝0.0014～i0.112這將引起強(qiáng)反射和很小的透射。

所述基于等離激元納米結(jié)構(gòu)的偏振分束器的工作方法包括如下步驟：

1)入射光：頻率在200thz左右的線偏振光，正入射或斜入射到周期性銀帶上。

2)透射光：透過偏振分束器的光即是所需的光。

本發(fā)明的各向異性透射在較高的入射角下也能產(chǎn)生，并且可以通過改變幾何尺寸進(jìn)行調(diào)整。此外，本發(fā)明有望用多層超材料中的先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并可以用于光學(xué)組件和偏振選擇裝置。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的透射-頻率曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行說明，附圖僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例包括周期性陣列1、中間介電層2、薄膜3，光從周期性陣列1入射到偏振分束器，產(chǎn)生各向異性透射。

以下給出具體實(shí)施例。

設(shè)取周期性陣列的材料為銀，厚度為30nm，寬度為165nm，周期大小為200nm；中間介電層為氧化銀，厚度為30nm；薄膜的材料為銀，厚度為25nm；銀的等離激元頻率為碰撞頻率為2.73×10¹³hz。

當(dāng)本發(fā)明工作時(shí)，光源處的光正入射或以一定角度斜入射到周期性陣列銀帶上，經(jīng)過偏振分束器作用后，不同偏振方向的光的透射系數(shù)不同，透射光既是所需的光。

圖2表面所述偏振分束器的工作頻率在200thz左右，在圖1的實(shí)施方式下，x方向偏振光完全不能透過，90％的y偏振光可以透過，本發(fā)明的基于等離激元納米結(jié)構(gòu)的偏振分束器在200thz附近都能取得不錯(cuò)的工作效果。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種基于等離激元納米結(jié)構(gòu)的偏振分束器，涉及一種偏振分束器。由多層光學(xué)材料組成，依次為周期性陣列、中間介電層、薄膜；所述薄膜為金屬銀。各向異性透射在較高的入射角下也能產(chǎn)生，并且可以通過改變幾何尺寸進(jìn)行調(diào)整。此外，本發(fā)明有望用多層超材料中的先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并可以用于光學(xué)組件和偏振選擇裝置。結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用范圍廣，對角度不敏感，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：宋爭勇;王武;柳清伙
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.08
技術(shù)公布日：2017.08.04