一种左旋圆偏振转换的超材料薄膜制造技术

本发明专利技术公开了一种左旋圆偏振转换的超材料薄膜，它为光频段的超材料结构，包括金属微结构层1、3和介质基板层2，金属微结构层1和3位于介质基板层2的两面；金属微结构层1的上表面为金属面1，下表面为金属面2，金属微结构层3的上表面为金属面3，下表面为金属面4，金属面1为入射面，金属面4为出射面；金属微结构层1和3为手征对称性的右旋风车结构，或者为螺旋形的手征对称性右旋人造结构，金属微结构层1和金属微结构层3之间具有一个以结构中心作为旋转中心的左旋角，输出光波的两个正交分量的振幅相等，两个正交分量的相位差为90°的奇数倍。本发明专利技术结构简单、转换效率高，可将一束线偏振光转换为左旋圆偏振光，且输出光束质量高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信领域，更具体地说，本专利技术涉及一种左旋圆偏振转换的超材料薄膜。
技术介绍
波在传播过程中会在不同的方向上产生振动，而这种振动称为波的偏振，是波的一种固有的特性。如电磁波、声波和引力波等都具有偏振特性，而各种波的偏振特性亦不尽相同，如声波的偏振方向与其传播方向一致，通常称这种偏振方向与传播方向一致的波为纵波。波的偏振方向与传播方向相垂直，这种波称为横波。电磁波为典型的横波，其具有电场和磁场的偏振，偏振方向与其传播方向垂直，通常将电场的偏振方向定义为该电磁波的偏振方向。偏振在许多科学研究领域中是一个不可或缺的参数，如光学、微波、无线电及地震学等。同样，在技术应用领域中，如激光通信、无线通信、光纤通信及雷达等，对于偏振的研究也是至关重要的一环。偏振旋转器也称偏振变换器，是一种用于改变信号偏振态的器件。而今主要通过波片或法拉第旋转器对信号偏振态进行改造。波片是一种能使光振动相互垂直的光波产生附加相位差的光学器件，通常由一些具有双折射特性的单轴晶体制备而成，如石英、云母及方解石等。当光波通过一定厚度的波片，由于光波的o光和e光在波片中的传播速度不同，使其出射时产生一定的相位差，因此光波出射合成后的偏振态将发生改变，而这种偏振态的变化取决于光波经过波片后产生的相位差。通常将能产生1/4波长相位差的波片称为四分之一波片；将能产生1/2波长相位差的波片称为二分之一波片。若入射光波为线偏振光，光波以一定角度通过四分之一波片，出射光波改变为圆偏振光；同理，该线偏振光波以一定角度通过二分之一波片，出射光波仍为线偏振光，但其偏振角度一般有改变。法拉第旋转器是基于法拉第效应的磁致旋光器件，当线偏振光经过一个具有外加磁场的晶体后，光波的偏正面将发生旋转，此现象为法拉第效应。而该晶体称为磁光晶体。出射光波偏振面所旋转的角度θ与外加磁场的磁感应强度B及光波在晶体中的作用距离L成正比θ＝VBL其中V为费尔德常数，为磁光晶体的固有特性。波片按结构可分为多级波片、复合波片和真零级波片，但无论哪一种波片都有其自身的不足之处，如波长敏感度、温度敏感度、入射角敏感性或制作工艺困难等。法拉第旋转器具有温度特性差、光衰问题突出、插损高、控制精度低及体积大等问题。本专利技术所实现的光束偏振态变换并没有采用现有传统的变换技术，如波片或法拉第旋转器等，而是通过超材料技术对光束偏振态进行调制。超材料是一种人工的结构性功能材料，它能实现一些自然界中材料所无法实现的特殊功能。超材料并不是传统意义上所理解的“材料”，它通过具有一定物理尺寸的结构，经过有序的设计排列，可实现自然界固有材料所不具备的超常材料功能。因此，亦可将超材料理解为人工复合材料。由于现今的印刷电路制作工艺已非常成熟，对于制作微波波段的超材料具有很大优势，因此，对微波波段的超材料应用器件的研究已成为一个热点。随着现代制作工艺的不断发展，半导体工艺已由次微米时代发展至纳米电子时代，超材料的物理尺寸可通过现代制作工艺达到纳米级别，因此光波段的超材料开发亦日渐成为科研界的焦点。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中的不足，提供一种结构简单、转换效率高，可将线偏振光变换成左旋圆偏振转换功能的超材料薄膜。本专利技术的一种左旋圆偏振转换的超材料薄膜为光频段的超材料结构，其包括金属微结构层1、介质基板层2和金属微结构层3，所述金属微结构层1和金属微结构层3位于介质基板层2的两面；所述金属微结构层1的上表面为金属面1，下表面为金属面2，所述金属微结构层3的上表面为金属面3，下表面为金属面4，所述金属面1为入射面，所述金属面4为出射面；所述金属微结构层1和3为手征对称性的右旋风车结构，或者为螺旋形的手征对称性右旋人造结构，该金属微结构层1和3之间具有一个以结构中心作为旋转中心的左旋角，输出光波的两个正交分量的振幅相等，该两个正交分量的相位差为90°的奇数倍。所述金属微结构层1和3均由多个右旋万字微结构组成，呈阵列式周期排列。所述金属微结构层1和3包括金、银、铜、金属导电材料，或者铟锡氧化物、石墨碳纳米管、非金属导电材料。所述金属微结构层1和3的厚度均为30～100nm。所述介质基板层2制作材料包括氰酸脂、PMMA、PTFE、聚合物、氟化物、纳米微孔。所述介质基板层2为低介电常数和低介电损耗材料，材料介电常数介于1.5～2.0之间。所述介质基板层2的材料损耗正切值低于0.003。所述介质基板层2的介质厚度为20～100nm。所述旋转中心的左旋角为5～22.5°。本专利技术与现有技术相比，有如下积极效果。1.纳米级金属微结构的超材料薄膜，具有圆偏振滤波功能，可滤除右旋圆偏振光波而保留左旋圆偏振光通过的功能。2.可将一束线偏振光转换为右旋圆偏振光，其转换效率可达98％以上，且输出光束质量高。3.结构图样简单、转换效率高、插损小、体积小，为电磁波偏振态调制提供了一种新颖、高效的调制方法，这种新型的偏振旋转器对于通信技术的发展具有重要的意义及良好的开发前景。4.通过以材料或化工技术中的自组装方式，或以半导体技术中的微缩方式制备。附图说明图1为本专利技术的叠层结构示意图；图2为本专利技术的人造金属微结构示意图；图3为本专利技术的两层金属微结构层叠放示意图；图4为本专利技术的超材料薄膜示意图；图5为本专利技术的两个正交分量透射输出结果示意图；图6为本专利技术的两个正交分量透射输出相位示意图；图7为本专利技术的输出光束质量分析图；图8为本专利技术的电磁耦合示意图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细阐述：如图1所示，左旋圆偏振转换的超材料薄膜为光频段的超材料结构，其包括金属微结构层1(第一金属微结构层)、介质基板层2和金属微结构层3(第二金属微结构层)，金属微结构层1(第一金属微结构层)和金属微结构层3(第二金属微结构层)附着于介质基板层2的两面，两金属微结构层1和3(第一金属微结构层和第二金属微结构层)分为四个金属面，即金属微结构层1的上表面为金属面1，下表面为金属面2，金属微结构层3的上表面为金属面3，下表面为金属面4，其中金属面1为结构的入射面，金属面4为结构的出射面。介质基板层2的制作材料包括聚氟化物、丙烯酸类树酯等低介电常数、低材料损耗材料；第一、二金属微结构层的制作材料包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种左旋圆偏振转换的超材料薄膜，其特征在于：它为光频段的超材料结构，其包括金属微结构层(1)、介质基板层(2)和金属微结构层(3)，所述金属微结构层(1)和金属微结构层(3)位于介质基板层(2)的两面；所述金属微结构层(1)的上表面为金属面(1)，下表面为金属面(2)；所述金属微结构层(3)的上表面为金属面(3)，下表面为金属面(4)；所述金属面(1)为入射面，所述金属面(4)为出射面；所述金属微结构层(1)和(3)为手征对称性的右旋风车结构，或者为螺旋形的手征对称性右旋人造结构，该金属微结构层(1)和(3)之间具有一个以结构中心作为旋转中心的左旋角，输出光波的两个正交分量的振幅相等，该两个正交分量的相位差为90°的奇数倍。

【技术特征摘要】
1.一种左旋圆偏振转换的超材料薄膜，其特征在于：
它为光频段的超材料结构，其包括金属微结构层(1)、介质
基板层(2)和金属微结构层(3)，所述金属微结构层(1)
和金属微结构层(3)位于介质基板层(2)的两面；所述金属
微结构层(1)的上表面为金属面(1)，下表面为金属面(2)；所
述金属微结构层(3)的上表面为金属面(3)，下表面为金属面
(4)；所述金属面(1)为入射面，所述金属面(4)为出射面；所
述金属微结构层(1)和(3)为手征对称性的右旋风车结构，
或者为螺旋形的手征对称性右旋人造结构，该金属微结构层
(1)和(3)之间具有一个以结构中心作为旋转中心的左旋
角，输出光波的两个正交分量的振幅相等，该两个正交分量
的相位差为90°的奇数倍。
2.按照权利要求1所述的左旋圆偏振转换的超材料薄膜，
其特征在于：所述金属微结构层(1)和(3)均由多个右旋
万字微结构组成，呈阵列式周期排列。
3.按照权利要求1所述的左旋圆偏振转换的超材料薄膜，
其特征在于：所述金属微结构层(1)和(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳征标，余铨强，南尤格希，
申请(专利权)人：欧阳征标，深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44