[发明专利]基于相位渐变超构光栅的光学笼子及其应用

说明书

本发明公开了一种基于相位渐变超构光栅的光学笼子及其应用，所述光学笼子包括若干呈圆环且周期性分布的周期结构，每个周期结构包括若干结构单元，每个结构单元包括金属及介质材料，每个周期结构中的金属和介质材料间隔分布，所述介质材料为产生渐变的突变相位的材料。本发明利用覆盖2π的突变相位概念结合传统金属亚波长光栅设计的光学笼子，当一个周期结构中的结构单元为正偶数个时，各个结构单元辐射电磁波之间相互干涉相消，从而导致泄露到笼子外面的电磁能量几何为零，且超构笼子囚禁光子的能力具有很强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种基于相位渐变超构光栅的光学笼子及其应用。

背景技术

如何有效控制光的折射、反射、传播以及波前等，一直是光学领域的热点研究之一。在过去几年里，科学家们提出了渐变超构表面的概念，即通过在一个周期内沿着界面方向引入覆盖2π变化的突变相位，进而在该方向引入有效波矢ξ。根据切向方向动量守恒，光在界面上发生反射和折射时满足广义的反射和折射定律：k₀sinθ_i＝k₀sinθ_r/t+ξ，从而可以实现对光的反射、折射以及波前进行有效调控。

局域突变相位概念为操控光的传播提供了新的维度，基于这个概念和广义反射和折射定律，随后科学家们提出了一系列超薄器件，实现了不对称传输、平面超构透镜、光子自旋霍尔效应等。由于渐变超构表面存在阻抗不匹配的问题，使得转化效率受到限制，近年来人们考虑用一种非超薄的渐变超构表面来操控光的传播。

与超薄超构表面类似，这种渐变超构表面在结构上具有周期性，由于较厚，类似于传统的光栅；但是与传统光栅不同的是，这种渐变超构表面界面上带有覆盖突变相位，可以对各个衍射级次进行调制，把这种较厚的渐变超构表面简称为超构光栅。研究显示：渐变超构光栅不仅具有超构表面中的各种异常光学特性，而且转化效率较高。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于相位渐变超构光栅的光学笼子及其应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于相位渐变超构光栅的光学笼子及其应用，以实现光学笼子内点源能量的囚禁。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种基于相位渐变超构光栅的光学笼子，所述光学笼子包括若干呈圆环且周期性分布的周期结构，每个周期结构包括若干结构单元，每个结构单元包括金属及介质材料，每个周期结构中的金属和介质材料间隔分布，所述介质材料为产生渐变的突变相位的材料。

作为本发明的进一步改进，所述光学笼子的内部和外部为空气，折射率为1。

作为本发明的进一步改进，所述介质材料的折射率为n_i＝1+(i-1)λ/md，λ为光学笼子内点源的波长，m为一个周期结构结构单元的数量，d为结构单元的厚度。

作为本发明的进一步改进，所述光学笼子内的点源产生的波为TM波。

作为本发明的进一步改进，所述m为正偶数。

作为本发明的进一步改进，所述点源与光学笼子中心的偏离距离Δr和光学笼子的内径R之比Δ满足Δ≤0.3。

作为本发明的进一步改进，所述点源位于光学笼子的中心，即Δ＝0。

作为本发明的进一步改进，所述结构单元内的金属为银。

本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种基于相位渐变超构光栅的光学笼子的应用，所述光学笼子应用于雷达天线罩、光子隔离器件。

本发明的有益效果是：