[发明专利]一种可调谐超材料偏振器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种可调谐超材料偏振器及其制作方法。在衬底上的由掺杂半导体超材料共振单元构成的超材料阵列，共振单元的第一电源端口接调控电源的正极，共振单元的第二电源端口接调控电源的负极，避免了通过线偏振器和四分之一波片来构造偏振器，缩小了体积且易于集成。此外，通过外部电场调节半导体内部载流子的浓度，实现了动态调控超材料的电磁共振强度，从而满足了偏振器不同工作波长的需求，拓宽了工作波长的适用范围。

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种可调谐超材料偏振器及其制作方法。

背景技术

随着现代光学器件的发展，圆偏振器作为光学领域中的一种重要偏振元器件，它在偏振分光、彩色显示、激光技术、生物光学成像与传感等方面有着令人瞩目的应用。目前，传统的圆偏振元件通常是利用线偏振器和四分之一波片两个分离元器件来构造，这就会导致传统的圆偏振器的体积大且难以集成。另外，从原理上讲，四分之一波片只适用于某一波长的电磁波，因此，工作波长范围非常有限。

发明内容

本发明通过提供一种可调谐超材料偏振器及其制作方法，解决了现有技术中体积大、难以集成、工作波长范围非常有限的技术问题，实现了缩小体积、易于集成、拓宽工作波长的适用范围的技术效果。

本发明提供了一种可调谐超材料偏振器，包括：调控电源、衬底和形成在所述衬底上的由掺杂半导体超材料共振单元构成的超材料阵列；所述共振单元的第一电源端口接所述调控电源的正极，所述共振单元的第二电源端口接所述调控电源的负极。

进一步地，所述共振单元的周期长度大于两倍的工作波长。

进一步地，所述共振单元包括：用于激发超材料产生电磁共振的第一掺杂半导体和用于激发法诺共振的第二掺杂半导体和第三掺杂半导体；所述第一掺杂半导体的第一电源端口接所述调控电源的正极，所述第一掺杂半导体的第二电源端口接所述调控电源的负极；所述第二掺杂半导体和所述第三掺杂半导体的第一电源端口并联接入所述调控电源的正极，所述第二掺杂半导体和所述第三掺杂半导体的第二电源端口并联接入所述调控电源的负极。

进一步地，所述第二掺杂半导体和所述第三掺杂半导体对称分布在所述第一掺杂半导体的同一侧。

进一步地，所述第一掺杂半导体、所述第二掺杂半导体和所述第三掺杂半导体均为P-N型掺杂半导体。

进一步地，所述第一掺杂半导体、所述第二掺杂半导体和所述第三掺杂半导体中的P型掺杂区域和N型掺杂区域的长度比范围为1:1-10:1。

进一步地，所述衬底为本征半导体材料或介质材料。

本发明还提供了一种可调谐超材料偏振器的制作方法，包括：

在基片上生长氧化物，得到含有氧化物薄膜的衬底；

掩模并刻蚀所述氧化物来开辟第一窗口，并通过所述第一窗口向所述衬底掺杂注入第一杂质，在所述衬底内部形成第一掺杂区域；

刻蚀所述衬底表面的氧化物，并在所述衬底上再次生长氧化物；

掩模并刻蚀所述氧化物来开辟第二窗口，通过所述第二窗口向所述衬底掺杂注入第二杂质，在所述衬底内部形成第二掺杂区域，且所述第二掺杂区域位于所述第一掺杂区域的旁边；

刻蚀所述衬底上的所有氧化物，涂覆光刻胶；

将掩模板置于所述光刻胶上进行光刻显影；

移去所述掩模板，剥离所述光刻胶，并刻蚀所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域侧面周围的衬底；

在所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域的两侧电镀电极，接引线，形成掺杂半导体超材料偏振器。

进一步地，在所述将掩模板置于所述光刻胶上进行光刻显影之前，还包括：