一种基于双缝干涉的超小宽带偏振分束器

摘要

本发明公开了一种基于双缝干涉的超小宽带偏振分束器。本发明采用介质薄膜覆盖金属双缝结构，当入射光从背面照射金属双缝结构时，每个狭缝都可以激发空气-介质-金属的复合波导支持的TM和TE模式，每个方向波导模式总的场强就是两个狭缝单独激发的模式的相干叠加；由于两个狭缝的宽度不同，相反方向的干涉状态可以反相，因此可以实现波导模式的定向激发；进一步，由于复合波导存在很大的模式色散，因此两个互相垂直的偏振模式可以沿着相反的方向传播，从而实现偏振分束。本发明在金属双缝结构上实现了一个超小的偏振分束器件，双缝干涉可以调控金属纳米结构中的场分布，在纳米等离激元器件中有重要的作用；并且在集成回路中具有重要的应用。

主权项

一种基于双缝干涉的超小宽带偏振分束器，其特征在于，所述偏振分束器包括：金属薄膜、第一狭缝、第二狭缝以及介质薄膜；其中，金属薄膜的厚度为t_M，在金属薄膜上设置第一狭缝和第二狭缝，二者之间的距离为d，宽度分别为w₁和w₂，构成金属双缝结构；介质薄膜覆盖在金属薄膜、第一狭缝和第二狭缝上，介质薄膜的厚度为t_I；介质薄膜上面为空气，从而形成空气‑介质‑金属的复合波导；这种波导同时支持TM和TE两种波导模式，并且通过控制介质薄膜的厚度t_I保证有且只有一个TE模式和一个TM模式存在；一束光从背面入射，每一个狭缝都相当于一个源，同时激发TM和TE两种波导模式，两种波导模式都向两个方向传播，强度相同；每一个方向上总的波导模式强度就是两个狭缝单独激发的模式的相干叠加；TM模式向右和TE模式向左发生相消干涉的条件：或者，TM模式向左和TE模式向右方向发生相消干涉的条件：其中，n_eff^TM(t_I)和n_eff^TE(t_I)分别表示空气‑介质‑金属的复合波导支持的TM和TE模式的有效折射率；n′_eff^TM(t_I)和n′_eff^TE(t_I)分别是第一或第二狭缝处空气‑介质‑空气的介质波导支持的TM和TE模式的有效折射率；λ_TM^L是金属双缝结构向左定向激发TM模式时的真空波长，λ_TE^R是金属双缝结构向右定向激发TE模式时的真空波长；λ_TM^R是金属双缝结构向右定向激发TM模式时的真空波长，λ_TE^L是金属双缝结构向左定向激发TE模式时的真空波长；当λ_TM^L＝λ_TE^R，或者λ_TM^R＝λ_TE^L时，实现偏振分束。