基于介质超表面的宽谱、大偏转角近红外光束偏转器

作者：程宏; 李洪涛^*; 韩彦军; 孙长征; 郝智彪; 熊兵; 汪莱; 王健; 余佳东

来源：光学精密工程, 2020, 28(09): 1873-1880.

• 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

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。

• 单位
  浙江清华柔性电子技术研究院; 清华大学