[发明专利]一种可见光超材料偏振转换器

说明书

本发明公开了一种可见光超材料偏振转换器，组成该光学特异材料的单元结构在xy平面内呈周期性排布；每个周期性结构为两根相同尺寸的金属纳米棒，二者长轴相互垂直；具有一定厚度的金属薄膜为该光学特异材料的衬底，主要起避免入射光透射的作用。因此，该光学特异材料是一种新型超材料偏振转换器，具有全金属的结构，其偏振转换效率超过90％。通过将传统的金属‑绝缘体‑金属(MIM)模型进行必要的简化，大大降低了材料加工的难度，同时也减少了影响材料性能的可变量。因此，该光学特异材料是一种高效可靠、性能稳定的超材料偏振转换器，在光电器件研发中具有十分重要的应用。

技术领域

本发明涉及一种在可见光波段内实现高效偏振转换的可见光超材料偏振转换器，属于表面等离激元纳米光子学领域。

背景技术

超材料，本世纪材料学研究领域的热门话题之一，凭借其独特的人工微纳结构和新奇的物理性质，引起了国内外众多科研人员的兴趣。近年来，随着超材料研究工作的逐渐开展，其理论日渐成熟，其应用范围也从光学领域逐步延伸到通信、能源、生命医学等领域，形成一系列交叉学科。通过人为地设计并且嵌入人工谐振单元，从而与入射的光或者电磁波发生一系列的相互作用。通过这样的一个过程，实现了对入射光或者电磁波的强度、偏振方向、传播方向等光学特性的人为调控。

偏振(极化)方向是电磁波特有的一种物理性质，包括线偏振和圆偏振两种状态。因此，对于电磁波偏振方向的操控在通信、医疗诊断、航空航天等方面有着十分重要的应用。在过去，利用双折射晶体来改变偏振方向是一种比较常见的技术手段，其工作带宽较窄，体积较大，加工难度大，转换效率有限。显然，自然材料所存在的固有缺陷，在现代光电器件研发过程中是不适用的。随着超材料研究的理论深入，微纳加工水平的大幅度提高，科研人员提出超材料偏振转换器。通过设计纳米结构，从而实现灵活控制反射光偏振方向的效果。调整所设计的微纳结构的参数，工作带宽和工作波长可以灵活掌握，偏振转换效率也远远高于传统方法。因此，超材料偏振转换器具有更大的应用前景。

可见光是一种人眼可识别的电磁波，其波长范围为400—780nm，与我们的生活息息相关。实现可见光波段的偏振转换，对于开展光学成像等领域的研究有重要的意义。目前，人们可以通过超材料在太赫兹、微波、红外等波段实现了非常理想的偏振操控。显然，构成超材料的微纳结构的尺寸参数对于最终实现的效果是至关重要的，因此微纳加工是生产器件的关键环节。然而，对于可见光波段，结构的尺寸相比于其它波段而言是非常小的。结合当前工艺水平，我们有必要在可见光波段提出一种易于加工，易集成在各种光电器件里面的超材料微纳结构。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种在可见光波段能够实现高效偏振控制的可见光超材料偏振转换器，具有效率高、易加工、性能稳定等优点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明设计了一种可见光超材料偏振转换器，该可见光超材料偏振转换器由位于金属衬底上的多个周期性结构单元在xy平面内呈周期性排列构成；其中，每一个周期性结构单元由长轴互相垂直的两条金属纳米棒即第一金属纳米棒、第二金属纳米棒构成；该金属衬底为一层金属薄膜，主要起避免入射光透射的作用。

所述的第一金属纳米棒、第二金属纳米棒以及底层金属衬底均为金或者银材料。

所述的两条金属纳米棒，即第一金属纳米棒、第二金属纳米棒的长度L＝230±30nm，宽度w＝80±30nm，厚度应满足120nmt150nm。

两条金属纳米棒之间顶角的间隙0nm＜g＜50nm。

金属衬底的厚度T＞＞120nm。