一种宽带高效线到圆偏振转换器制造技术

本发明专利技术公开一种宽带高效线到圆偏振转换器，该转换器由底部金板、中间介电质层和顶部圆

【技术实现步骤摘要】
一种宽带高效线到圆偏振转换器


[0001]本专利技术涉及微纳光学器件与系统集成
，具体是设计一种宽带高效线到圆偏振转换器。

技术介绍

[0002]太赫兹波通常被定义为频率处于0.1～10THz范围内的电磁波。在长波段与毫米波相重合，在短波段与红外光相重合，是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光子学的过渡区，称为电磁波谱的“太赫兹空隙”。
[0003]利用该频段可以加深和拓展人类对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识。THz技术可广泛应用于雷达、遥感、国土安全与反恐、高保密的数据通讯与传输、大气与环境监测、实时生物信息提取以及医学诊断等领域。所以，对太赫兹波的有效操控成为了科研人员广泛研究的课题。但是现有偏振调控器件大多存在着转换效果不理想，带宽较窄等问题。

技术实现思路

[0004]基于上述问题，本专利技术提供了一种宽带高效线到圆偏振转换器的设计方法和仿真数据，其结构新颖，可以实现线到圆宽带、高效的偏振转换功能。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0006]一种宽带高效线到圆偏振转换器，该转换器由底部金板、中间介电质层和顶部圆
‑
椭圆组合金板三层结构组成，底部金板和顶部圆
‑
椭圆组合金板的厚度d为0.2μm，中间介电质层的高度h为41μm；顶部圆
‑
椭圆组合金板由一个圆和两个沿主对角线对称的椭圆组成，其圆的圆心O1的坐标为(0,0)、半径r为25μm，椭圆的圆心O2的坐标为(35μm,35μm)、长轴r
a
和短轴r
b
分别为:60μm和20μm；结构x和y方向上的周期P为200μm。当入射一个x方向的线偏振光时，本专利技术会极化出y方向的偏振光，并在特定的频率范围内实现线偏振光到圆偏振光的转换。
[0007]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0008](1)本专利技术的结构比较新颖，特别是顶部的金板，采用圆和椭圆组合结构设计。
[0009](2)本专利技术可以在0.4THz附近和0.5到1.15THz的频率范围内实现线到圆偏振转换，具有宽带偏振转换的特点。
[0010](3)本专利技术在0.4THz附近和0.5到1.15THz频率范围内的线到圆偏振转换效率大于0.95，因此实现了高效率的偏振转换，有望在未来宽带、高性能的偏振器件设计方面得到广泛的运用。
附图说明
[0011]图1为一种宽带高效线到圆偏振转换器的结构示意图。
[0012]图2为在0.2到1.2THz频率范围内的共反射系数r
xx
、交叉反射系数r
yx
曲线图。
[0013]图3为反射光中的两个正交电场分量的相位以及相位差曲线图。
[0014]图4为归一化的椭圆率和线到圆偏振转换效率的组合图。
[0015]图5为线到圆偏振转换的反射率曲线图。
具体实施方式
[0016]为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例以及附图对本专利技术作进一步解释说明，以下实施例仅对本专利技术进行说明并非对其加以限制。
[0017]如图1所示，本设计采用上、中、下三层结构设计，下层为金板，中间层为介电质，上层为圆
‑
椭圆组合金板。
[0018]采用三维时域有限差分(FDTD)法对结构进行仿真，FDTD边界条件设置为：z轴正负方向设置为完美匹配层(PML)，x轴和y轴正负方向设置为周期边界条件，入射光为0.2到1.2THz的x方向偏振光，入射方向为z轴负方向。
[0019]如图2所示，本专利技术所设计的偏振器在0.2到1.2THz的频率范围内发生了偏振转换，反射光里出现了y方向的偏振分量。
[0020]进一步观察图2可以发现，共反射系数r
xx
和交叉反射系数r
yx
在0.4THz附近和0.5到1.15THz的频率范围内大小都约为0.7，这是产生完美的圆偏振光的条件之一。
[0021]共反射系数r
xx
和交叉反射系数r
yx
的定义如公式1、公式2所示：的定义如公式1、公式2所示：
[0022]如图3所示，分析了本专利技术所设计偏振器的反射光中两个正交电场分量的相位以及相位差，从而寻找产生圆偏振光的另一个条件(相位条件)。
[0023]从电场相位差和反射系数的角度来看，产生圆偏振的条件为：x、y方向的电场相位差为
±
90
°
，且共反射系数r
xx
和交叉反射系数r
yx
相等时，为完美的圆偏振，否则为椭圆偏振。
[0024]根据产生圆偏振的条件，结合图2和图3可以看到在0.4THz附近x、y方向的电场相位差为90
°
，且共反射系数r
xx
和交叉反射系数r
yx
相等，因此可以产生完美的左旋圆偏振光；而在0.5到1.15THz的频率范围内x、y方向的电场相位差为
‑
90
°
、共反射系数r
xx
和交叉反射系数r
yx
大小约为0.7，因此可以产生几乎完美的右旋圆偏振光。
[0025]图4描述了圆偏振椭圆率的变化情况和线偏振光到圆偏振光的转换效率，椭圆率由公式3定义，其中Δφ
yx
＝arg(r
yx
)
‑
arg(r
xx
)，椭圆率等于+1和
‑
1分别对应纯粹的左旋圆和右旋圆偏振；线到圆偏振转换效率由公式4定义：
[0026]从椭圆率曲线的变化趋势来看，本专利技术在0.4THz附近椭圆率约等于+1，实现了线到左旋圆偏振转换；在0.5到1.15THz的频率范围内椭圆率约等于
‑
1，实现了线到右旋圆偏振转换。
[0027]进一步分析图4的线到圆偏振转换效率曲线，可以看出在0.4THz附近和0.5到1.15THz的频率范围内转换效率均大于0.95，从而实现了高效的线到圆偏振转换。
[0028]图5分析了线到圆偏振转换的反射率，可以看到在0.4THz附近左旋圆偏振光的反射率接近于1，而右旋圆偏振光的反射率约等于0，表明此时的反射光里只有左旋圆分量而没有右旋圆分量，是一个纯粹的左旋圆偏振光；在0.5到1.15THz的频率范围内右旋圆偏振光的反射率接近于1，而左旋圆偏振光的反射率约等于0，表明此时的反射光里只有右旋圆分量而几乎没有左旋圆分量，是一个纯粹的右旋圆偏振光。
[0029]以上所述实施方式仅仅是对本专利技术进行了具体说明，并非是限制于本专利技术范围，在不脱离本专利技术的原理前提下，凡是在本领域技术人员对本专利技术的技术方案做出各种等同的变形或改进，均视为在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带高效线到圆偏振转换器，其特征在于：整体结构由底部金板(4)、中间介电质层(3)和顶部圆
‑
椭圆组合金板(1)和(2)组成；底部金板(4)和顶部圆
‑
椭圆组合金板(1)和(2)的厚度d都为0.2μm，中间介电质层(3)的高度h为41μm，结构x、y方向的周期P都为200μm。2.根据权利要求1所述的一种宽带高效线到圆偏振转换器，其特征在于：顶部的圆
‑
椭圆组合金板结构(1)和(2)的具体参数：O1、O2、r、r
a
和r
b
的取值分别为：(0,0)、(35μm,35μm)、25μm、60μm和20μm；需要注意的是，另一个椭圆与结构(1)关于主对角线对称，其圆心坐标为(
‑
35μm,
...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖功利，陈康，杨宏艳，陈佳宇，李苗，张家荣，陈赞辉，刘兴鹏，王阳培华，孙堂友，李海鸥，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：