一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件

本技术涉及微纳光子学，具体为一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件。

背景技术：

1、传统光学功能元件大多通过构建曲面面形来实现特定的相位分布，其器件和系统的体积与重量通常较大，极大限制了其应用范围。随着纳米技术和微纳加工工艺的进步，推动了亚波长尺度光学器件的飞速发展，与之紧密相关的超表面及其集成器件也逐渐发展壮大。超表面不仅可以对自由空间中电磁波的振幅、相位、以及偏振态等实现有效的调控，还可以运用在光波导中。将不同的亚波长尺寸的超构原子集成在波导上，不仅可以伴随着波导中的模式传输，也可以引导波导中的电磁波使其耦合至自由空间中。

2、虽然目前自由空间光耦合技术发展较为成熟，但其辐射强度和方向难以控制。许多研究试图沿传播方向收集自由空间中的辐射，较为典型的是利用复周期和非周期光栅来塑造辐射的空间和光谱远场分布。这种方法依赖于对光栅调制和得到的傅里叶分量。但边缘耦合器和耦合光栅功能有限，无法实现对空间光的完全控制。此外，由于高次衍射的存在，器件的尺寸对于工作波长来说过大，不可避免地会造成损耗，极大影响调制的效率。而波导与超表面集成器件不仅具备较小的结构尺寸，同时可以实现复杂的光束调控。在本专利中，我们利用超构表面以及光波导的特点，提出了一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，通过精心设计的集成在微光纤波导侧壁的超构原子阵列，实现了对的he11模式、he21模式以及te01模式光的相位调控，从而将波导内部的光耦合至自由空间并实现双光束聚焦的功能。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，包括一个微光纤波导结构，两个超构原子；两个所述超构原子分别位于微光纤波导结构的两侧。

2、进一步优选的，所述微光纤波导结构设为直径3μm的圆柱体，其材料采用二氧化硅，支持波长为1.55μm的he11、he21以及te01模传输。

3、进一步优选的，所述超构原子呈对称状以阵列结构集成于微光纤波导结构的侧壁，且超构原子大小呈四分之一圆弧状。

4、进一步优选的，每个所述超构原子宽度为0.1μm，高度为0.4μm。

5、进一步优选的，两个所述超构原子组成的两列阵列结构，且每个超构原子之间的间隙不同，并且超构原子的排布依据导波模式的有效折射率与焦距来设计。

6、进一步优选的，所述超构原子的排布采用导波模式的有效折射率与焦距。

7、与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

8、本实用新型中，相比较于传统光学功能元件，本元器件具有空间尺寸小、高度集成的优点，还能够同时产生两个焦点。

9、本实用新型中，相比较于多数自由空间光耦合元器件，本元器件辐射强度和方向容易控制，能够有效地避免高次衍射的出现，极大提高了调制的效率。

10、本实用新型中，本元器件在光束整形、全息成像，粒子捕捉、内窥镜制备等领域具有较大的应用潜力。

技术特征：

1.一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，其特征在于：包括一个微光纤波导结构(1)，两个超构原子(2)；两个所述超构原子(2)分别位于微光纤波导结构(1)的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，其特征在于：所述微光纤波导结构(1)设为直径3μm的圆柱体，其材料采用二氧化硅，支持波长为1.55μm的he11、he21以及te01模传输。

3.根据权利要求1所述的一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，其特征在于：所述超构原子(2)呈对称状以阵列结构集成于微光纤波导结构(1)的侧壁，且超构原子(2)大小呈四分之一圆弧状。

4.根据权利要求1所述的一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，其特征在于：每个所述超构原子(2)宽度为0.1μm，高度为0.4μm。

5.根据权利要求1所述的一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，其特征在于：两个所述超构原子(2)组成的两列阵列结构，且每个超构原子(2)之间的间隙不同，并且超构原子(2)的排布依据导波模式的有效折射率与焦距来设计。

6.根据权利要求1所述的一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，其特征在于：所述超构原子(2)的排布采用导波模式的有效折射率与焦距。

技术总结本技术涉及微纳光子学技术领域，具体为一种微光纤波导集成超表面自由空间实现双焦点的元器件，包括一个微光纤波导结构，两个超构原子；两个所述超构原子分别位于微光纤波导结构的两侧。改良后的元器件，相较于传统光学功能元件，具有空间尺寸小、高度集成的优点，并且能同时在自由空间中产生两个焦点；相比较于多数自由空间光耦合元器件，本元器件辐射强度和方向容易控制；能够有效地避免高次衍射的出现；在光束整形、全息成像，粒子捕捉、内窥镜制备等领域具有较大的应用潜力。技术研发人员：李世豪,张思涵,郭锐,高一菲,朱盈盈,方烨受保护的技术使用者：安徽工业大学技术研发日：20231228技术公布日：2024/9/26