[发明专利]基于硅纳米砖阵列的圆偏振涡旋光起偏器及制备方法

说明书

本发明公开了基于硅纳米砖阵列的圆偏振涡旋光起偏器及制备方法，起偏器包括透明的衬底和硅纳米砖阵列，硅纳米砖阵列包括分布在衬底上的多个朝向相同的硅纳米砖，硅纳米砖阵列由N个阵列单元组成，N≥3；同一阵列单元内的硅纳米砖几何参数相同，不同的阵列单元内的硅纳米砖几何参数不同；以硅纳米砖的长、宽和高分别为X、Y和Z轴建立坐标系，线偏振光通过硅纳米砖后在X、Y轴方向上的相位分别为phix和phiy，硅纳米砖的几何参数使得│phix‑phiy│＝90°，且沿顺时针或逆时针方向，位于不同的阵列单元的phix从0到360°呈等差数列，公差为360°/N。本发明提供的起偏器，集成度高，结构紧凑，将线偏振光转换为圆偏振涡旋光。

技术领域

本发明涉及信息光学技术领域，具体涉及一种基于硅纳米砖阵列的圆偏振涡旋光起偏器及制备方法。

背景技术

涡旋光束中包含螺旋型相位因子，具有全新的自由度━轨道角动量，这个重要的特性使得涡旋光成为用于经典和量子编码的一个新的维度，在自由空间光通信中成为信息的载体。很多基于涡旋光的光通信系统被提出，涡旋光可以极大的增加通信的容量。但是这些系统中涡旋光的产生大多基于空间光调制器，或者光衍射元件。利用空间光调制器，系统尺寸会较大，成本较高，而光衍射元件需要多台阶结构，对制备工艺要求非常高。利用超表面材料可以对光波相位精密的调控，实现涡旋光的产生。特别是基于介质的超表面涡旋光产生结构，其效率很高，制备简单。

近年来随着对增加光通信容量要求不断的提高，单纯通过光涡旋增加通信容量已经不能满足要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种集成度、效率更高的基于硅纳米砖阵列的圆偏振涡旋光起偏器。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种基于硅纳米砖阵列的圆偏振涡旋光起偏器，其包括：

透明的衬底；

硅纳米砖阵列，其包括分布在所述衬底上的多个朝向相同的硅纳米砖，所述硅纳米砖阵列内设有多条经过其中心点的分隔线，位于相邻两条所述分隔线之间的硅纳米砖组成一个阵列单元，所述分隔线将所述硅纳米砖阵列分隔成N个阵列单元，N≥3；

同一所述阵列单元内的硅纳米砖几何参数相同，不同的所述阵列单元内的硅纳米砖几何参数不同；

以所述硅纳米砖的长、宽和高分别为X、Y和Z轴建立坐标系，线偏振光通过所述硅纳米砖后在X、Y轴方向上的相位分别为phix和phiy，所述硅纳米砖的几何参数使得│phix-phiy│＝90°，且沿顺时针或逆时针方向，位于不同的所述阵列单元的phix从0到360°呈等差数列，公差为360°/N，所述几何参数包括所述硅纳米砖的长、宽、高和周期尺寸。

进一步地，所有的所述硅纳米砖高度相同。

进一步地，所述衬底的材料为二氧化硅。

进一步地，所述硅纳米砖的材料为硅薄膜。

进一步地，所述硅纳米砖的长宽高均为亚波长尺寸。

进一步地，所述起偏器的工作波长范围为1460nm-1625nm。

进一步地，各所述阵列单元内的硅纳米砖数量均相同。

本发明还提供了一种如上所述的起偏器的制备方法，包括如下步骤：

优化所述硅纳米砖的几何参数，以使得线偏振光通过所述硅纳米砖后在X轴方向上的相位phix从0到360°呈等差数列，公差为360°/N；

将phix相同的所述硅纳米砖组成一个阵列单元，N个所述阵列单元沿顺时针或逆时针方向呈等差数列分布，形成所述硅纳米砖阵列；

根据所述硅纳米砖阵列，采用光刻工艺制备起偏器。