[发明专利]相位片以及多平面光转换器

说明书

本申请实施例提供一种相位片，属于光通信领域，可应用于模分复用器、模式轮循器、功分器等器件中，所述相位片包括第一像素和第二像素，所述第一像素包括按照第一周期排列的多个第一超表面单元；所述第二像素包括按照第二周期排列的多个第二超表面单元；其中，所述第一周期和所述第二周期不同，采用本申请实施例，能够实现在降低损耗、且加工工艺比较低的前提下，使得工作波长更宽。

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种相位片以及多平面光转换器。

背景技术

随着移动互联网的普及、物联网、云计算和大数据分析等技术的高速发展，人们对于通信容量和数据传输速率的要求也越来越高，而提高实时数据传输的速率已经成为许多高新技术不断发展的必要条件。为了解决带宽需求的提升和系统可承受的信息容量之间的矛盾，人们发展了波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)、时分复用(timedivision multiplexing，TDM)和偏振复用(polarization division multiplexing，PDM)，以及各种信息编码技术，它们能够大大增加光通信系统的容量。然而根据香农定理，单模光纤中的数据传输速率正接近理论极限，在现有的单模光纤通信系统下继续提高通信容量和速率已变得越来越困难。因此，在光的时间、频率、偏振已经被充分发掘的情况下，基于空间维度的空分复用(space division multiplexing，SDM)成为突破通信容量瓶颈的重点技术之一，而模分复用(mode division multiplexing，MDM)作为实现空分复用的另一种方案，是通过将相互正交的空间模式叠加在一起实现复用，每一种模式可以看作是一个独立传输的信道，从而根据复用的模式数量提升通信容量。

为了将模分复用技术实际应用于提高现有通信系统的通信容量，模式复用/解复用转换器作为模分复用系统中尤为关键的一类器件。目前为止，已经报道的模式复用/解复用转换技术包括基于空间光场匹配和基于光波导结构的两种类型。基于硅基液晶的模式复用/解复用器、光子灯笼和光纤光栅结构的工作波长窄、对偏振态敏感，而且加工工艺比较高，因此如何设计一种基于空间相位片的多平面光转换器解决上述问题是本领域人员正在解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例公开了一种相位片，能够实现在降低损耗、且加工工艺比较低的前提下，使得工作波长更宽，且对偏振态不敏感。本申请实施例还公开了一种多平面光转换器。

本申请实施例第一方面公开了一种相位片，应用于反射型器件、透射型器件中，所述相位片包括第一像素和第二像素，所述第一像素包括按照第一周期排列的多个第一超表面单元；所述第二像素包括按照第二周期排列的多个第二超表面单元；其中，所述第一周期和所述第二周期不同。

在上述相位片中，通过相位片中包括第一像素和第二像素，第一像素包括按照第一周期排列的多个第一超表面单元，第二像素包括按照第二周期排列的多个第二超表面单元，第一周期和第二周期不同，这样的设计方式可以对一些尺寸比较小的超表面单元采用不同周期更大尺寸的超表面单元进行替换，增加了加工的成品率，降低了设计难度。

进一步的，由于所述超表面单元的尺寸为亚波长，即所述超表面单元的特征尺寸与工作波长相比更小，其尺寸相较于现有技术的所述空间光调制器或者相位片的像素尺寸更小，从而避免了波前变换过程中分辨率低的问题，使得各个不同模式之间的串扰较小，实现较好的信号传输效果。并且，本实施例中，通过超表面实现光束的波前变换相较于现有技术中通过相位片或空间光调制器进行光束的波前变换来说，插损更小、光束的能量损耗更低。

进一步的，相比于现有技术中的空间光调制器，本申请的所述超表面可以利用光刻、纳米压印等技术实现大规模、低成本的制备，能够降低使用成本。同时，现有技术中的空间光调制器，尤其是液晶式空间光调制器，光束经其进行波前变换与光束的偏振方向相关，存在偏振依赖性问题，而本申请的相位片相比于现有技术的空间光调制器来说不存在偏振依赖性问题，即本申请所述的超表面可以实现偏振无关的相位调制。