[发明专利]一种基于等离激元纳米结构的偏振分束器

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏振分束器，尤其是涉及一种基于等离激元纳米结构的偏振分束器。

背景技术

偏振分束器是偏振光学应用相关系统中的核心器件，在光纤通信、激光调制、数据存储于处理、偏振检测与分析等方面都有重要应用。偏振分束器，即抑制一定偏振方向光的入射，增强另外偏振方向光的入射。传统的偏振分束器由双折射晶体或具有二向色性的物质构成。随着纳米领域的工程技术和学术研究的发展，对纳米量级的位移传感器的需求越来越大。目前，纳米结构的偏振分束器主要有：

一种基于亚波长硅光栅的偏振分束器，应用亚波长光栅的泄露模共振效应以及布儒斯特效应，偏振分束器在45度入射角附近对TE偏振光具有很高的反射率同时对TM偏振光具有很高的透射率，同时具有一定的角度容差。

一种基于光子晶体自准值效应(沈晓鹏,韩奎,李海鹏,沈义峰,王子煜.光子晶体自准直光束偏振分束器[J].物理学报,2008,(03):1737-1741)的偏振分束器，自准直效应能有效地限制光子晶体中传输波的空间展宽,使其无衍射的准直传播.基于自准直效应容易实现光波的低损耗传输、大角度折弯和任意分束比的光分束。

然而这些偏振分束器大多对入射角度要求很高，结构复杂，对制造技术要求高，难以对偏振光分束。而且结构尺寸比工作波长大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有偏振分束器存在的不足之处，提供能在大的入射角范围内工作的一种基于等离激元纳米结构的偏振分束器。

本发明由多层光学材料组成，依次为周期性阵列、中间介电层、薄膜；所述薄膜为金属银。

所述周期性阵列可采用金属银制备，周期性阵列的厚度可为30nm，宽度可为165nm，周期大小为200nm。

所述中间介电层可采用介电材料制备的平整均匀薄膜，中间介电层的厚度可为30nm。

所述薄膜的厚度可为25nm。

本发明的工作原理是：单个银带和单个连续银膜仅对电磁辐射具有电响应，两者阻抗相差很大。但是当两者组合在一起时，当入射波的电场沿y方向偏振时，银带和银膜之间的近场耦合产生相反方向的电流，然后形成电流回路并导致在特定频率的磁共振。当磁共振出现在特定的频率时，可以满足y偏振波在真空中的阻抗匹配条件。在～200太赫兹的频率下，阻抗为z＝1.13～i0.14，其实部接近于1，虚部接近0。结果表明，设计的系统的阻抗几乎与真空的阻抗匹配，导致反射可忽略。同时，折射率的虚部相当小(n＝2.31+i0.10)在系统中引起很小的损耗并且导致高的透射系数。与y方向上的阻抗与真空匹配相反，该系统在x方向上的有效阻抗在为z＝0.0014～i0.112这将引起强反射和很小的透射。

所述基于等离激元纳米结构的偏振分束器的工作方法包括如下步骤：

1)入射光：频率在200THz左右的线偏振光，正入射或斜入射到周期性银带上。

2)透射光：透过偏振分束器的光即是所需的光。

本发明的各向异性透射在较高的入射角下也能产生，并且可以通过改变几何尺寸进行调整。此外，本发明有望用多层超材料中的先进制造技术实现，并可以用于光学组件和偏振选择装置。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例的透射-频率曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，附图仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1所示，本发明实施例包括周期性阵列1、中间介电层2、薄膜3，光从周期性阵列1入射到偏振分束器，产生各向异性透射。

以下给出具体实施例。

设取周期性阵列的材料为银，厚度为30nm，宽度为165nm，周期大小为200nm；中间介电层为氧化银，厚度为30nm；薄膜的材料为银，厚度为25nm；银的等离激元频率为碰撞频率为2.73×10¹³Hz。

当本发明工作时，光源处的光正入射或以一定角度斜入射到周期性阵列银带上，经过偏振分束器作用后，不同偏振方向的光的透射系数不同，透射光既是所需的光。

图2表面所述偏振分束器的工作频率在200THz左右，在图1的实施方式下，x方向偏振光完全不能透过，90％的y偏振光可以透过，本发明的基于等离激元纳米结构的偏振分束器在200THz附近都能取得不错的工作效果。