[发明专利]一种基于表面等离激元杂化波导的偏振分束器及分束方法

权利要求书

1.一种基于表面等离激元杂化波导的偏振分束器，其特征在于，包括：壳体、和设置在所述壳体内的第一光波导和第二光波导；

所述第一光波导和第二光波导平行、非对称、间隔设置；其中，所述第一光波导和第二光波导之间的间隔形成纳米狭缝；

所述第一光波导包括：第一金属薄膜、第一低折射率薄膜和第一高折射率薄膜，以及贯穿所述第一金属薄膜、第一低折射率薄膜和第一高折射率薄膜的第一纳米槽；所述第一金属薄膜、第一低折射率薄膜和第一高折射率薄膜由下至上依次设置；其中，入射光射入侧为结构的下方；

所述第二光波导包括：第二金属薄膜、第二低折射率薄膜和第二高折射率薄膜，以及贯穿所述第二金属薄膜、第二低折射率薄膜和第二高折射率薄膜的第二纳米槽；所述第二金属薄膜、第二低折射率薄膜和第二高折射率薄膜由下至上依次设置；

所述第一光波导和第二光波导的外形尺寸参数相同；

所述第一金属薄膜与第二金属薄膜等厚；所述第一低折射率薄膜与第二低折射率薄膜等厚；所述第一高折射率薄膜与第二高折射率薄膜等厚；所述第一纳米槽与所述第二纳米槽的结构尺寸参数不同；

所述壳体与所述第一光波导和第二光波导之间的空腔内填充空气。

2.根据权利要求1所述的基于表面等离激元杂化波导的偏振分束器，其特征在于，

金属薄膜的厚度大于等于200nm；

低折射率薄膜的厚度处于40nm～500nm范围内；

高折射率薄膜的厚度处于40nm～500nm范围内。

3.根据权利要求1所述的基于表面等离激元杂化波导的偏振分束器，其特征在于，

低折射率薄膜为：折射率大于等于1的透明绝缘介质；

高折射率薄膜为：折射率大于所述低折射率薄膜的折射率的透明绝缘介质。

4.根据权利要求1所述的基于表面等离激元杂化波导的偏振分束器，其特征在于，

所述基于表面等离激元杂化波导的偏振分束器的工作波长处于700nm～900nm范围内。

5.根据权利要求1所述的基于表面等离激元杂化波导的偏振分束器，其特征在于，

所述纳米狭缝的宽度处于200nm～500nm范围内；

所述第一纳米槽的槽宽处于40nm～800nm范围内；

所述第二纳米槽的槽宽处于40nm～800nm范围内；

所述第一纳米槽与所述纳米狭缝之间的中心距离处于40nm～800nm范围内；

所述第二纳米槽与所述纳米狭缝之间的中心距离处于40nm～800nm范围内。

6.一种基于表面等离激元杂化波导的分束方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的基于表面等离激元杂化波导的偏振分束器，包括：

选择电场方向垂直或平行于纳米狭缝的线偏振紧聚焦高斯光作为入射光；

将所述入射光从所述偏振分束器底面的纳米狭缝处射入；

通过所述偏振分束器将所述入射光分解为TE模式和TM模式；其中，所述TE模式和TM模式为两个彼此独立的本征模式；

耦合进入偏振分束器的第一光波导的TM模式的光与经由第二光波导的F-P腔反射的同一偏振光干涉相消，形成完美消光；同时，耦合进入偏振分束器的第二光波导的TM模式的光与经由第一光波导的F-P腔反射的同一偏振光干涉相长，达到表面等离激元的单向激发的相位和振幅条件；或，耦合进入偏振分束器的第二光波导的TE模式的光与经由第一光波导的F-P腔反射的同一偏振光干涉相消，形成完美消光；同时，耦合进入偏振分束器的第一光波导的TE模式的光与经由第二光波导的F-P腔反射的同一偏振光干涉相长，达到表面等离激元的单向激发的相位和振幅条件；其中，所述第一光波导的F-P腔由第一纳米槽与纳米狭缝之间的波导形成；所述第二光波导的F-P腔由第二纳米槽与纳米狭缝之间的波导形成。

7.根据权利要求6所述的基于表面等离激元杂化波导的分束方法，其特征在于，

TE模式的光局域在偏振分束器的高折射率薄膜中；TM模式的光局域在偏振分束器的金属薄膜与低折射率薄膜的界面处。

8.根据权利要求6所述的基于表面等离激元杂化波导的分束方法，其特征在于，所述基于表面等离激元杂化波导的分束方法，还包括：

设置第一纳米槽和第二纳米槽的宽度和深度，以用于调节偏振分束器的反射率和透射率；

分别设置第一纳米槽和第二纳米槽距纳米狭缝的距离，以用于调节干涉光之间的相位差；

设置纳米狭缝的宽度，以用于调节第一光波导和第二光波导的耦合效率。