[发明专利]一种基于单层外在手性超表面非对称反射的光学二极管

说明书

本发明公开了一种基于单层外在手性超表面非对称反射的光学二极管，涉及手性超表面技术领域及光学信息领域，解决单层超薄手性超材料非对称传输器件的非对称传输率在理论上被限制在25％以内，并伴随很高的吸收损耗技术问题,本发明包括光源、线偏振片、宽带四分之一波片、光二极管器件、偏振分析测量系统以及光谱仪,上述的器件从光源到光谱仪依次设置，光源、线偏振片以及宽带四分之一波片的几何中心的连线与偏振分析测量系统和光谱仪的几何中心连线夹角大于0°和小于180°范围内，光二极管器件超表面层为外在手性结构阵列谐振器，本发明突破了单层超薄手性超材料非对称传输率在25％以内的限制和制作工艺复杂限制，实现亚微米量级光二极管效应的优点。

技术领域

本发明涉及手性超表面技术领域及光学信息领域，更具体的是涉及一种基于单层外在手性超表面非对称反射的光学二极管技术领域，用于光信息技术中的光信息传输及光计算。

背景技术

二极管是最常用的电子元件之一，它最大的特性就是单向导电，也就是电流只可以从二极管的一个方向流过，二极管的作用有整流电路，检波电路，稳压电路，各种调制电路，在集成电路中是关键器件，正是由于二极管等元件的发明，才有我们现在丰富多彩的电子信息世界的诞生。类似于电子二极管，光非对称传输器件可实现“光二极管”效应，其在光子计算、光子通讯中具有重要作用，是集成光路中的关键器件。利用法拉第效应实现光二极管器件，而器件尺寸很大，需要毫米到厘米量级尺寸，需要外加磁场，因此这种技术不适用于集成光学回路中的应用。

目前的单层二维超薄手性超材料中，非对称传输器件的非对称传输率在理论上被限制在25％以内，并伴随很高的吸收损耗，这成为单层二维超薄手性超材料的非对称传输作为光学二极管应用的障碍。而通过多层结构去实现非对称传输，虽然非对称传输率能够突破25％，并且可以实现线性偏振光的AT(非对称透射)、各向异性的AT、巨大的宽带AT等多种功能，但是其加工工艺更加复杂、困难，尤其是亚微米尺度以下的多层结构精确对准目前还很难实现，精确设计制造亚微米尺寸的多层超材料仍然是当今微加工技术的巨大挑战。因此理想的非对称传输的实现遇到了巨大的瓶颈。亟待具有巨大非对称传输率且制作工艺简单可行的非对称传输器件的开发。

发明内容

为了解决现有的上述技术中存在的问题，本发明提供一种基于单层外在手性超表面非对称反射的光学二极管，旨在解决基于单层外在手性超表面去实现巨大的非对称反射，突破了二维非对称传输器件在理论上被限制在25％以内的限制，以及制作工艺复杂的限制，从而能实现亚微米量级的光二极管效应。

本发明提供以下技术方案：

一种基于单层外在手性超表面非对称反射的光学二极管，包括光源、线偏振片、宽带四分之一波片、光二极管器件、偏振分析测量系统以及光谱仪，上述的器件从光源到光谱仪依次设置，光源、线偏振片以及宽带四分之一波片的几何中心的连线与偏振分析测量系统和光谱仪的几何中心连线夹角为0°到180°，在0°到180°范围内的任意角度，但不包括0°和180°，且光二极管器件法线将上述夹角均分。

进一步说明,所述光二极管器件为手性超表面且位于衬底厚度为1mm-2mm的片状材料上，光二极管器件超表面层为刻蚀制作的外在手性结构阵列谐振器，所述片状材料衬底为介电材料或半导体材料，所述外在手性结构为月牙形结构、W型结构或U型分裂环(1)。

进一步说明,所述U型分裂环阵列的截面为5*5mm²。

进一步说明,所述U型分裂环的结构尺寸参数设置为R＝350nm,w＝200nm和厚度为100nm，阵列周期设置为Px＝1000nm,Py＝650nm。

进一步说明,所述介电材料或半导体材料为石英玻璃或硅片，所述刻蚀制作的U型分裂环结构为金属结构，所述金属结构材质为金、银或铝。

进一步说明,所述光源为白光源或激光的光束通过所述线偏振片和所述宽带四分之一波片去形成圆偏振光，用所述光谱仪测量反射光谱以及用所述偏振分析测量系统和光功率器进行分析反射光的偏振状态