[发明专利]一种全介质偏振无关的角度滤波器

说明书

本发明提出了具有由半导体兼容的硅/二氧化硅对组成的一维（1D）光子晶体（PC）的全介质偏振无关的角度滤波器。利用p和s偏振分量近似对称的能带分布和法布里‑珀罗（F‑P）共振，实现了用于正入射的高效的偏振无关角度滤波。在大面积（5cm×5cm）范围利用真空磁控溅射读博设计和实验制备了角度滤波器。实验测量表明，波长为1550 nm处的角度滤波样品的偏振无关透射光束的发散角仅为2.2°，正入射时的透射率高达0.8。所提出的角度滤波器提出了以简单的结构和易于制造的方式来设计和实现半导体兼容的全电介质和偏振无关角滤波器的有效方法，其在照明、光束操纵、光耦合和光通信方面有着广泛的潜在应用。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种全介质偏振无关的角度滤波器。

背景技术

对光的完全操控一直是光学领域的重要课题。电磁波可以通过其相位，幅度，频率，极化和传播方向来表征。已经有大量的工作被发表来操纵振幅，位相，频率和偏振。方向滤波器(或角度滤波器)也被广泛的研究，时至今日仍然是一个重要的课题。零折射材料(ZIM)已被研究用于角度滤波。由于ZIM和周围材料之间的波矢匹配，理想ZIM可以对所有非正入射波进行滤波。介电常数近零材料(ENZ)的介电常数接近零，导致折射率也接近零，因此通常用于实现ZIM。等离子体金属制成的纳米线和多层超材料是ENZ材料最常见的两种设计。Alekseyev等人提出了在阳极氧化铝膜中生长的银纳米线阵列，以实现在600nm波长处p偏振(电场振动方向在入射面内)的入射角度滤波器，滤光角为20°，但是由于阻抗失配和等离子体激元的金属损耗导致透过率非常低(只有0.12)。还需要注意的是，ENZ可以仅工作在p或s偏振入射(电场振动方向垂直于入平面)之一，这大大限制了其应用。

具有狄拉克锥能带(DLCD)的光子晶体(PC)也可以用作特定偏振光的角度滤波器，因为具有DLCD的PC可以近似为双零材料(DZM)，即介电常数和磁导率在狄拉克点的频率同时接近零。2013年，Moitra等人报道了由10个交替的硅/二氧化硅层的棒组成的DZM。DZM在30°的入射角内显示出良好的高透射角度滤波性质。然而，DZM也能仅用于TM偏振光入射，并且制备该具有3μm/0.26μm的高深宽比(高/宽)的多层硅/二氧化硅棒是困难的，特别是在大面积制备时。2014年，Shen等人提出了具有不同周期性的1DPC来传输特定入射角的平面波(布鲁斯特角)，并反射其他入射角的入射波。但是，这种角度滤波器必须浸没在具有特定磁导率和介电常数的特定液体中，以便提高效率。还要注意的是，该角度滤波器只能用于布鲁斯特角度(与传统法向入射不同)的斜入射，并且与其他角度滤波器相同，仅适用于p偏振入射。

由于在非正入射下，s和p偏振入射波表现出显着差异，偏振无关的角度滤波器仍然未实现。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种全介质偏振无关的角度滤波器，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种全介质偏振无关的角度滤波器，能够以实现正常入射的角滤波，且具有偏振无关的高效角度滤波特性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种全介质偏振无关的角度滤波器，其特征在于，包括基底、堆叠在所述基底上的两种不同介电常数的光学镀膜层，其中一种所述光学镀膜层的材料为与半导体兼容的全介质光子晶体、另一种所述光学镀膜层的材料为偏振无关的光子晶体。

进一步的，两种所述光学镀膜层按交替方式周期性堆叠在所述基底上。

进一步的，两种所述光学镀膜层分别为硅层和二氧化硅层。

进一步的，所述基底为二氧化硅，且堆叠在所述基底上的光学镀膜层为所述硅层。

进一步的，所述硅层的厚度L₁＝80±8nm，所述二氧化硅层的厚度L₂＝454±32nm。