[发明专利]一种基于金属悬链线光栅的高效率可调谐圆偏振分束器

说明书

本发明提供了一种基于金属悬链线光栅的高效率可调谐圆偏振分束器，通过在一层金属板上铣出周期性排列的悬链线光栅而成。利用这种结构可以实现超过90％的分束效率。此外，通过向悬链线沟槽里注入液体(例如酒精)，并控制液体的高度，可以调节该器件的工作频率。

技术领域

本发明涉及圆偏振分光的技术领域，具体涉及一种基于金属悬链线光栅的高效率可调谐圆偏振分束器。

背景技术

在许多光学系统以及光子学应用中，圆偏振分束器是一种必不可少的元件。传统的分束器通过将多种各向异性的材料组合而成，具有诸多缺点，例如体积庞大、操作带宽窄、效率低等等。

近些年来，超表面的出现为电磁波调控提供了一种新的途径，通过设计单元结构的尺寸，几何形状，及空间分布，可以自由地操纵电磁波的相位。在传统的超表面中，每个结构单元是独立的，并对应于一个局域相位。通过将这些离散的单元结合起来便可以形成相位梯度超表面。但是，这种离散的相位调制会使得器件的效率降低。此外，目前超表面多由金属介质材料组合而成，难以满足实际应用中对力学、热学等性能的要求，因此，全金属的设计方案被提出来用以解决这个问题。

另一方面，随着信息处理的飞速发展，可调谐超表面的研究变的尤为迫切。然而，传统的超表面大多在加工完成后功能即固定下来，不具有可调谐性。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种基于金属悬链线光栅的高效率可调谐圆偏振分束器，通过设计悬链线结构，并引入可流动的液体来实现高效率、可调谐的电磁波调制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于金属悬链线光栅的高效率可调谐圆偏振分束器，包括一层周期性排列的金属悬链线光栅，能够将不同手性的圆偏振光分离到两个相反的方向上，分束效率超过90％，此外，通过向悬链线沟槽里注入液体，并控制液体的高度，可以调节该分束器的工作频率。

其中，所述金属光栅的厚度为h，其取值范围为h<λ₀/4，λ₀为中心波长。

其中，所述悬链线光栅在x轴方向上的周期Λ，其取值范围为Λ>λ₀，λ₀为中心波长。

其中，所述的液体可以为水、酒精、甲醇等流动性较好的液体。

其中，所述的金属材料可以为铝、铜、钢等在微波段具有高反射的材料。

其中，通过在一层金属板上铣出周期性排列的悬链线光栅而成。

本发明的有益效果在于：

本发明将全金属结构与悬链线所具有的线性连续相位结合起来，在微波段实现了高效率的圆偏振光分束。相比于传统的离散结构，效率得到了明显的提升。通过向悬链线沟槽注入不同折射率的液体或者控制液体高度，可以动态调节该器件的工作频率。

附图说明

图1为本发明的悬链线单元示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为实施例1中圆偏振分束的仿真结果；

图4为实施例1中圆偏振分束的实验结果，其中，图4(a)为测试与仿真得到的镜面反射率谱，图4(b)所示为在10.5GHz处反射强度随测试角度的变化；

图5为实施例1中加入酒精后的圆偏振分束实验结果，其中，图5(a)为镜面反射率谱，图5(b)为酒精高度为1mm时，样片在10.2GHz处的反射强度随测试角度的变化，图5(c)为酒精高度为2mm时，样片在9.7GHz处的反射强度随测试角度的变化，图5(d)为酒精高度为3mm时，样片在8.5GHz处的反射强度随测试角度的变化；

图2中所标序号含义为：1为悬链线光栅，2为注入的液体。