[发明专利]基于超表面材料的光混频器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于超表面材料的光混频器及其制备方法，涉及光混频器领域。该光混频器包括一个圆偏振光分束器和两个相同的混频器，每个混频器包括一个空间光分束器、4个移相器和4个方形透镜，圆偏振光分束器、空间光分束器和移相器均采用超表面材料制成，超表面材料分为若干个均匀的单元格，每个单元格均包括二氧化硅基底和在二氧化硅基底上周期性分布的硅纳米砖阵列，硅纳米砖阵列的转角按一定规律周期排布，每个周期分布的硅纳米砖阵列包含若干均匀分布的朝向不同的长方体硅纳米砖。本发明设计的基于超表面材料的光混频器的插入损耗小，相位调节准确；器件集成度高，制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及光混频器领域，具体是涉及一种基于超表面材料的光混频器及其制备方法。

背景技术

光混频器是相干光通信系统中关键的光学器件，其作用是将两束频率相近、相位差恒定、且偏振方向相同的信号光与本振光波前进行相干混频，再利用后续的光电平衡探测器和信号恢复处理电路对混频信号进行处理。

常用的90°光混频器为2输入4输出端口结构，两个输入包括光纤传输的信号光S和接收端激光器产生的本振光L，四个输出端口的S和L相对相差分别为0°、180°、90°和270°(即S+L、S-L、S+jL、S-jL)，经内差检测可恢复出信号光携带的复数信号。

目前的光纤通信系统多采用偏振复用技术来增加系统的传输容量，因此现在的商用系统都采用偏振分集接收。由于偏振分集接收需要两个90°光混频器，此时接收机具有2个输入端口、8个输出端口。传统光混频器由分立的四分之一波片、半波片和偏振分光棱镜等光学元器件组建而成，因此器件集成度比较低。光纤通信中的光混频器也可以采用全光纤结构或平面波导结构，全光纤结构比块状光学结构的插入损耗小，但是制作工艺相对复杂，实验室不容易实现。

综上所述，现有的光混频器存在插入损耗大、器件集成度低、制作工艺复杂的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于超表面材料的光混频器及其制备方法，该光混频器的插入损耗小，相位调节准确；器件集成度高，制备工艺简单。

本发明提供一种基于超表面材料的光混频器，该光混频器包括一个圆偏振光分束器和两个相同的混频器：第一混频器A、第二混频器B，每个混频器包括一个空间光分束器、4个移相器和4个方形透镜，所述圆偏振光分束器、空间光分束器和移相器均采用超表面材料制成，超表面材料分为若干个均匀的单元格，每个单元格均包括二氧化硅基底和在二氧化硅基底上周期性分布的硅纳米砖阵列，硅纳米砖阵列的转角按一定规律周期排布，每个周期分布的硅纳米砖阵列包含若干均匀分布的朝向不同的长方体硅纳米砖；

圆偏振光分束器使一束随机偏振态的入射光分解为两束旋向相反的圆偏光，实现左旋圆偏光和右旋圆偏光的分离；

空间光分束器使每束入射圆偏光一分为四，在远场形成一定衍射角的均匀点阵；

移相器使分束后的信号光和本振光产生0°、90°、180°或270°相对相差；

方形透镜将信号光和本振光分别耦合入光纤，实现相对相位差90°相干光输出；