基于介质超表面的宽谱、大偏转角近红外光束偏转器

• 作者: 余佳东 孙长征 李洪涛 汪莱 熊兵 王健 程宏 郝智彪 韩彦军
• 来源期刊: 光学精密工程
• 学科: 工学
• 关键词: 近红外 宽光谱、大偏转角 光束偏转器 介质超表面 梯形纳米柱
• 年，卷（期）: 2020,（9）
• 所属期刊栏目: 现代应用光学
• 页码范围: 1873-1880
• 页数: 8页
• 分类号: TB34|TN214
• 语种: 中文
• DOI: 10.37188/OPE.20202809.1873

摘要

设计了一种适合集成的基于介质超表面的透射式光束偏转器,可在1 550 nm附近的红外波段实现大角度偏转,同时具有宽光谱、高效率的优势.根据广义斯涅尔定律设计并优化了光束偏转器的结构,由横截面为梯形的非晶硅纳米柱周期性排列在石英玻璃衬底上构成,相比于传统超表面采用多个纳米柱实现离散的相位梯度,梯形纳米柱形成的连续相位梯度可以获得更好的偏转特性.利用时域有限差分算法对光束偏转器的效率、偏转角、宽光谱和入射角度依赖性等性能进行了仿真分析,采用电子束光刻等工艺制备加工出上述器件并进行了测试.仿真结果表明:偏转器在1 350～1 650 nm波段均具备良好的偏转特性,平均透射率高于87％,平均偏转率为81％;器件在1 550 nm处实现了42.8°的大偏转角,透射率为84％,偏转率为80％,且允许入射角度在-10°～5°变化.实验测试结果表明:对于1 550 nm波长,光束偏转角度在41°附近,器件透射率约为76％,约35％的入射光偏转到目标角度.上述方案为近红外超表面器件的设计提供了新的思路,实现了效率、偏转角和适用波长的优化,透射式光路更加适合集成,应用潜力更大.