[发明专利]圆偏光入射下高效率且耦合方向可调的表面等离激元耦合器

摘要

本发明属于表面等离激元耦合器技术领域，具体为一种圆偏光入射下耦合方向可调的表面等离激元耦合器。本发明耦合器由两个相同结构和大小的本征区域拼接在激发区域的左右两边而组成；本发明利用PB几何相位原理构造出梯度超表面作为激发区域，它对入射圆偏光总波矢的反射相位梯度,从而将入射波变为SW(表面波)；同时设计与激发SW模式相匹配的本征区域，使得激发区域形成的SW能高效的导引到本征区域形成传播SPP。基于几何相位原理的反射相位梯度的方向依赖于入射圆偏光的手性，该装置在SPP耦合方向可调，模拟耦合效率约90%，实验耦合效率约85%，SPP耦合方向的手性依赖性质得以验证。相较传统SPP耦合装置，本发明具有系统简单、效率高、方向可调等优点。

主权项

1.一种圆偏光入射下耦合方向可调的表面等离激元耦合器，其特征在于，分为激发区域和本征区域两个部分，由两个相同结构和大小的本征区域拼接在激发区域的左右两边而组成；其中，激发区域是由满足高效激发条件的激发特异介质单元即原胞沿轴方向轴方向二维延拓得到；其中，沿轴方向延拓为周期平移，同时，激发特异介质单元以角度顺时针依次旋转，即以第一个激发特异介质单元为基准，第二个激发特异介质单元旋转角度 ，第三个激发特异介质单元旋转角度2θ，…，第n个激发特异介质单元旋转角度(n‑1)θ，其中为激发区域沿方向原胞个数；激发区域沿方向大小为5‑7个波长的尺寸；沿轴方向延拓为沿轴方向延拓得到的激发特异介质单元阵列，进行周期平移；沿方向周期延拓至10‑15个波长的尺寸；所述激发特异介质单元是一种“空气/金属微结构/电介质/金属衬底” 三明治结构体系，具有镜面对称性，即从上而下依次为金属微结构、电介质、金属衬底，空隙处为空气；上层的金属微结构为工字形结构，中间的电介质层为各向同性的均匀介质；本征区域由特别设计的本征特异介质单元经二维无限周期拓展而得到；所述本征特异介质单元也是一种“空气/金属微结构/电介质/金属衬底” 三明治结构体系，具有镜面对称性，即从上而下依次为金属微结构、电介质、金属衬底，空隙处为空气；上层的金属微结构为十字形结构，且十字形结构的上下左右两端分别具有横杠，称为耶路撒冷十字型结构；中间的电介质层为各向同性的均匀介质；将设计好的本征特异介质单元结构进行二维无限周期拓展，即得到本征区域，其大小尺寸为5个波长以上；将本征区域拼接在激发区域的左右两边，统一方向周期延拓尺寸为10‑15个波长，即构成所需表面等离激元耦合器。