本發(fā)明涉及光學(xué)，具體涉及一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器。

背景技術(shù)：

1、偏振是光的基本屬性之一，在光通信、光纖傳感和量子信息等領(lǐng)域，光的偏振特性精確調(diào)控對(duì)于實(shí)現(xiàn)高性能的信息傳輸、處理和探測(cè)至關(guān)重要。對(duì)光的偏振特性調(diào)控包括，偏振光的產(chǎn)生、偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換以及偏振度的調(diào)制，以上這些偏振特性調(diào)控需要用到多種不同類型的偏振光調(diào)制器。傳統(tǒng)的偏振光調(diào)制器，主要利用材料的雙折射特性，改變光的正交相位差，從而改變光的偏振特性。然而，傳統(tǒng)雙折射材料的偏振光調(diào)制器存在偏振調(diào)制效率低、體積大的不足，限制了偏振調(diào)制器件性能。與傳統(tǒng)的偏振光調(diào)制器的雙折射材料相比，微納結(jié)構(gòu)對(duì)光的偏振調(diào)制主要依賴于結(jié)構(gòu)形狀、尺寸以及排列方式，基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器具有更高的效率、更小的體積以及更寬的調(diào)制帶寬的優(yōu)勢(shì)。

2、在微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器設(shè)計(jì)上，研究者們已經(jīng)開發(fā)出了多種具有不同功能的微納結(jié)構(gòu)偏振光調(diào)制器，比如微納結(jié)構(gòu)光學(xué)半波片、退偏器?；谖⒓{結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器的關(guān)鍵組成部分是各向異性光學(xué)響應(yīng)的微納結(jié)構(gòu)，這些微納結(jié)構(gòu)按照不同的規(guī)律排列分布，實(shí)現(xiàn)不同的偏振調(diào)制功能。目前，組成微納結(jié)構(gòu)光學(xué)退偏器的微納結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)角度隨機(jī)分布，隨機(jī)改變出射光在不同位置的偏振方向，可以滿足出射光包含多種不同偏振方向的偏振光，實(shí)現(xiàn)光學(xué)退偏功能。然而，這種隨機(jī)性導(dǎo)致部分相鄰微納結(jié)構(gòu)間的偏轉(zhuǎn)角度存在顯著差異，當(dāng)入射光照射到這些不同偏轉(zhuǎn)角度的微納結(jié)構(gòu)上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的光學(xué)響應(yīng)導(dǎo)致相互干擾，會(huì)降低退偏器的性能，包括透射率降低以及偏振調(diào)制性能下降；基于此，現(xiàn)有技術(shù)又提出一種偏振光調(diào)制器，該偏振光調(diào)制器由微納結(jié)構(gòu)和襯底組成，其排列方式為沿著行和列兩個(gè)方向，按照相鄰微納結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角度線性或非線性的方式遞增或者遞減排列，降低了相鄰微納結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角度差異，可以提升退偏器的透射率。但是這種偏轉(zhuǎn)角度有序變化的微納結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生（pancharatnam–berry）pb相位，在線偏振光入射情況下，pb相位會(huì)產(chǎn)生額外相位梯度，使得出射光分束為兩束光，分別是左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，會(huì)降低退偏器的偏振調(diào)制性能。

3、綜上，現(xiàn)有技術(shù)只能提升偏振光調(diào)制器的透射率，或者提高偏振光調(diào)制器的偏振調(diào)制性能，從而使得現(xiàn)有的偏振光調(diào)制器存在不能在提升偏振光調(diào)制器的透射率的同時(shí)提高偏振光調(diào)制器的偏振調(diào)制性能的問(wèn)題。

4、基于現(xiàn)有偏振光調(diào)制器的不足，本發(fā)明提出一種新的微納結(jié)構(gòu)排列方式，在提高偏振光調(diào)制器透射率的同時(shí)提高退偏器的偏振調(diào)制性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種新的微納結(jié)構(gòu)排列方式，以解決現(xiàn)有技術(shù)只能提升偏振光調(diào)制器的透射率，或者提高偏振光調(diào)制器的偏振調(diào)制性能，從而使得現(xiàn)有的偏振光調(diào)制器存在不能在提升偏振光調(diào)制器的透射率的同時(shí)提高偏振光調(diào)制器的偏振調(diào)制性能的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器采用如下技術(shù)方案，包括：

3、襯底，其上設(shè)置有至少一個(gè)微納結(jié)構(gòu)單元；

4、微納結(jié)構(gòu)單元包括多個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊，多個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊呈陣列設(shè)置；

5、每個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊包括多個(gè)微納結(jié)構(gòu)，多個(gè)微納結(jié)構(gòu)呈陣列設(shè)置；

6、其中，不同微納結(jié)構(gòu)模塊在襯底上排列組成微納結(jié)構(gòu)單元，同一個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊內(nèi)的每個(gè)微納結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角度相同，不同微納結(jié)構(gòu)模塊的微納結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角度不同，且偏轉(zhuǎn)角度取值隨機(jī)。

7、優(yōu)選地，微納結(jié)構(gòu)在與襯底平行的截面形狀具有相互垂直的長(zhǎng)軸和短軸，截面形狀為長(zhǎng)方形、c形、l形或者橢圓形中的一種，其偏轉(zhuǎn)角度為微納結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸方向與水平方向的夾角。

8、優(yōu)選地，不同的偏轉(zhuǎn)角度按照大小進(jìn)行排列構(gòu)成的偏轉(zhuǎn)角度序列為一個(gè)等差數(shù)列或者多個(gè)等差數(shù)列。

9、優(yōu)選地，所有等差數(shù)列的公差小于10°。

10、優(yōu)選地，相鄰的微納結(jié)構(gòu)的間距小于入射光的波長(zhǎng)；微納結(jié)構(gòu)的高度尺寸的取值范圍為入射光波長(zhǎng)的0.5～1.5倍；微納結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度尺寸的取值范圍為相鄰兩個(gè)微納結(jié)構(gòu)間距的0.6～0.9倍；微納結(jié)構(gòu)的寬度尺寸取值范圍為相鄰兩個(gè)微納結(jié)構(gòu)間距的0.2～0.5倍。

11、優(yōu)選地，襯底的材料為在可見光波段或者近紅外波段透光的材料。

12、優(yōu)選地，微納結(jié)構(gòu)采用半導(dǎo)體、電介質(zhì)或金屬材料。

13、優(yōu)選地，微納結(jié)構(gòu)模塊中微納結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)大于或者等于4。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、本發(fā)明將同一個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊內(nèi)的所有微納結(jié)構(gòu)設(shè)置成相同偏轉(zhuǎn)角度，相同偏轉(zhuǎn)角度的微納結(jié)構(gòu)光學(xué)響應(yīng)相同，不會(huì)造成相互干擾，從而降低相鄰微納結(jié)構(gòu)的相互干擾，提升偏振光調(diào)制器的透射率。此外，本發(fā)明將不同微納結(jié)構(gòu)模塊在襯底上排列組成微納結(jié)構(gòu)單元，不同微納結(jié)構(gòu)模塊的微納結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角度不同，且偏轉(zhuǎn)角度取值隨機(jī)，每個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊可以生成隨機(jī)方向的線偏振光，使得偏振光調(diào)制器的出射光包含各個(gè)方向的線偏振光，以提高偏振光調(diào)制器的偏振調(diào)制性能。綜上所述，本發(fā)明在提升偏振光調(diào)制器的透射率的同時(shí)提高偏振光調(diào)制器的偏振調(diào)制性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，其特征在于，微納結(jié)構(gòu)（4）在與襯底（1）平行的截面形狀具有相互垂直的長(zhǎng)軸和短軸，其偏轉(zhuǎn)角度為微納結(jié)構(gòu)（4）的長(zhǎng)軸方向（5）與水平方向的夾角。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，其特征在于，截面形狀為長(zhǎng)方形、c形、l形或者橢圓形中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，其特征在于，不同的偏轉(zhuǎn)角度按照大小進(jìn)行排列構(gòu)成的偏轉(zhuǎn)角度序列為一個(gè)等差數(shù)列或者多個(gè)等差數(shù)列。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，其特征在于，所有等差數(shù)列的公差小于10°。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，其特征在于，相鄰的微納結(jié)構(gòu)（4）的間距小于入射光的波長(zhǎng)；微納結(jié)構(gòu)（4）的高度尺寸的取值范圍為入射光波長(zhǎng)的0.5～1.5倍；微納結(jié)構(gòu)（4）的長(zhǎng)度尺寸的取值范圍為相鄰兩個(gè)微納結(jié)構(gòu)（4）間距的0.6～0.9倍；微納結(jié)構(gòu)（4）的寬度尺寸取值范圍為相鄰兩個(gè)微納結(jié)構(gòu)（4）間距的0.2～0.5倍。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，其特征在于，襯底（1）的材料為在可見光波段或者近紅外波段透光的材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，其特征在于，微納結(jié)構(gòu)（4）采用半導(dǎo)體、電介質(zhì)或金屬材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，其特征在于，微納結(jié)構(gòu)模塊（3）中微納結(jié)構(gòu)（4）的個(gè)數(shù)大于或者等于4。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微納結(jié)構(gòu)的偏振光調(diào)制器，包括：襯底，襯底上設(shè)置有至少一個(gè)微納結(jié)構(gòu)單元；微納結(jié)構(gòu)單元包括多個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊，多個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊呈陣列設(shè)置；每個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊包括多個(gè)微納結(jié)構(gòu)，多個(gè)微納結(jié)構(gòu)呈陣列設(shè)置；其中，不同微納結(jié)構(gòu)模塊在襯底上排列組成微納結(jié)構(gòu)單元，同一個(gè)微納結(jié)構(gòu)模塊內(nèi)的每個(gè)微納結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角度相同，不同微納結(jié)構(gòu)模塊的微納結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角度不同，且偏轉(zhuǎn)角度取值隨機(jī)。本發(fā)明的偏振光調(diào)制器的微納結(jié)構(gòu)排列方式，可以減小微納結(jié)構(gòu)間的干擾，提升出射光的透射率，且出射光包含各個(gè)方向的線偏振光，降低了透射光的偏振度，提升了偏振光調(diào)制器的退偏性能。

技術(shù)研發(fā)人員：黎永前,余洋,李武珀,王斌斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9