[发明专利]一种非中心对称TMDs超表面极化涡旋发生器及设计方法

权利要求书

1.一种非中心对称TMDs超表面极化涡旋发生器，其特征在于，包括由纳米结构2H堆叠TMDs晶体形成的WS2材料与单层TMDs形成的WSe2材料组成的混合维TMDs超表面，具有C4对称性的光子晶体结构，所述光子晶体结构具有圆形空气蚀刻孔，放置在石英衬底上。

2.根据权利要求1所述的非中心对称TMDs超表面极化涡旋发生器，其特征在于，所述光子晶体结构的周期a＝340nm，所述光子晶体结构的厚度t＝25nm，所述光子晶体结构的圆形空气蚀刻孔半径r＝90nm。

3.根据权利要求1所述的非中心对称TMDs超表面极化涡旋发生器，其特征在于，所述单层TMDs形成的WSe2材料厚度为0.7nm。

4.根据权利要求1所述的非中心对称TMDs超表面极化涡旋发生器，其特征在于，所述光子晶体结构为50单元*50单元，入射光设置为高斯光束，其束腰半径w₀＝0.86um，发散角θ₀＝-10°。

5.一种非中心对称TMDs超表面极化涡旋发生器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

设计具有C4对称性的光子晶体结构，使用由纳米结构2H堆叠TMDs晶体形成的WS2材料，将光子晶体结构放置在石英衬底上，设计光子晶体结构的周期参数、厚度参数、圆形空气蚀刻孔半径尺寸；

计算光子晶体的能带、品质因数，使光子晶体支持光学BIC；

在光子晶体结构表面覆盖单层TMDs形成的WSe2材料，计算由纳米结构2H堆叠TMDs晶体形成的WS2材料与单层TMDs形成的WSe2材料组成的混合维TMDs超表面的角分辨吸收光谱，使光子晶体BIC和WSe2激子之间产生了强耦合；

研究混合维TMDs超表面的远场极化状态来研究极化子的拓扑特性，在对称性的驱使下，动量空间中的远场偏振态形成涡旋拓扑；

设计大周期光子晶体板，入射光设置为高斯光束，观察远场强度分布和相位分布。

6.根据权利要求5所述的非中心对称TMDs超表面极化涡旋发生器设计方法，其特征在于，通过公式计算、数据拟合的方式验证该系统的强耦合状态；计算色散与耦合谐振子模型在哈密顿表示中的色散拟合：

其中E_BIC和E_exciton分别时非耦合BIC模式的共振能量和激子能量，γ_BIC和

γ_exciton分别是未耦合模式BIC与激子的耗散率，g是耦合强度，α、β是特征值，i是虚数单位；通过求解方程(1)，对于上部E₊和下部E_-极化子的新特征值可以计算为：

在零失谐时，E_BIC-E_exciton＝0，耦合系统的耦合强度g可以计算为：

其拉比分裂的值为Ω，强耦合准则为：

Ω＞(γ_QBIC+γ_exciton)/2#(4)。

7.根据权利要求5所述的非中心对称TMDs超表面极化涡旋发生器设计方法，其特征在于，研究远场极化状态来研究极化子的拓扑特性；BICs是远场极化中的拓扑缺陷，其携带整数拓扑荷q：

其中φ(k)是在模式k辐射的偏振长轴和x轴之间的角度，C是沿着BIC周围的任何封闭曲线逆时针环绕的路径。

8.根据权利要求1所述的非中心对称TMDs超表面极化涡旋发生器设计方法，其特征在于，设计50单元*50单元的大周期光子晶体板，入射光设置为高斯光束，其束腰半径w₀＝0.86um，发散角θ₀＝-10°，当右旋圆偏振光束照射到光子晶体板时，传输的左旋圆偏振光束将获得螺旋相位波前。