本發(fā)明屬于微納光學，具體涉及一種片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件。

背景技術(shù)：

1、隨著信息化，云計算以及數(shù)據(jù)分析的快速發(fā)展，對超高速計算的需求呈指數(shù)級增長。受電路數(shù)據(jù)傳輸帶寬和功率密度的限制，電子集成芯片的瓶頸越發(fā)明顯。與傳統(tǒng)電子集成芯片不同的是，片上集成的光子芯片采用光波導而不是電信號來攜帶信息，通過將光場壓縮至亞波長尺度來研究光與物質(zhì)相互作用，有效打破衍射極限，并在超快、寬帶信息處理與低功耗方面顯示出獨特優(yōu)勢。通常將光波導、調(diào)制器、多路/解路器、以及光纖等功能光學元件連接在光子芯片上構(gòu)建光子集成電路photonic?integrated?circuits，pics系統(tǒng)，從而實現(xiàn)光信號的快速傳輸。

2、隨著納米技術(shù)和微納加工工藝的進步，推動了亞波長尺度光學器件的快速發(fā)展，與之緊密相關(guān)的超表面和光子集成芯片也在逐漸發(fā)展壯大。通過將超表面集成在光子芯片上，不僅波導內(nèi)部傳輸?shù)哪Ｊ讲ǖ南辔?、極化程度等特性進行調(diào)控，實現(xiàn)不同模式信號之間的轉(zhuǎn)換與多路復用，還可以引導波導中的模式波信號，使其耦合至自由空間中實現(xiàn)光束的偏折、聚焦、以及全息成像。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，缺少片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，調(diào)制靈活性較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)技術(shù)中存在的上述問題，提供一種片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件。

2、為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，包括二氧化硅襯底，所述二氧化硅襯底上集成由一組一維超構(gòu)原子陣列所構(gòu)成的超表面，所述超表面的上方依次排列設(shè)置有微光纖波導i、微光纖波導ii和氮化硅波導。

4、進一步地，上述片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件中，所述一維超構(gòu)原子陣列由61個亞波長尺度的硅材料超構(gòu)原子組成，每個超構(gòu)原子為尺寸相同的長方體，且長方體的尺寸為：長度大于3μm，寬度為0.1μm，高度為0.4μm。

5、進一步地，上述片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件中，所述一維超構(gòu)原子陣列中超構(gòu)原子之間的間隙各不相同。

6、進一步地，上述片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件中，所述超構(gòu)原子之間的間隙由波導的有效折射率與自由空間中光束聚焦的焦距決定，有效折射率為1.33，焦距為10μm。

7、進一步地，上述片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件中，所述微光纖波導i為直徑3μm、長度大于100μm的圓柱體，圓柱體材質(zhì)為二氧化硅；所述微光纖波導i能夠支持波長為1.55μm的te01模的傳輸。

8、進一步地，上述片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件中，所述微光纖波導ii為直徑3μm、長度大于100μm的圓柱體，圓柱體材質(zhì)為二氧化硅；所述微光纖波導ii能夠支持波長為1.55μm的he21模的傳輸。

9、進一步地，上述片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件中，所述氮化硅波導為長方體，長方體材質(zhì)為氮化硅，長方體其橫截面尺寸為0.5μm*0.5μm，長方體其垂直于橫截面的長度大于100μm；所述氮化硅波導能夠支持波長為1.55μm的te11模的傳輸。

10、進一步地，上述片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件中，所述微光纖波導i、微光纖波導ii、氮化硅波導放置在超表面上方時，能夠同時將微光纖波導i中傳輸?shù)膖e01模、微光纖波導ii中傳輸?shù)膆e21模、氮化硅波導中傳輸?shù)膖e11模耦合至自由空間中，并分別形成三個焦距為10μm的不同焦點。

11、本發(fā)明的有益效果是：

12、1、本發(fā)明提供一種片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，通過一組超構(gòu)原子陣列同時將多個波導內(nèi)部傳輸?shù)膶РＪ叫盘栺詈现猎谧杂煽臻g中并進行聚焦調(diào)控。與傳統(tǒng)的光子集成器件將超構(gòu)原子集成在波導上表面來處理光信號不同，本發(fā)明調(diào)控器件并非將超構(gòu)陣列集成在波導上，而是通過制備一個集成超表面襯底，當多個傳輸不同導波模式信號的波導通過襯底上的超構(gòu)原子時，同時可以實現(xiàn)對多個波導內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柕倪M行調(diào)制，賦予了光子集成電路較高的調(diào)制靈活性。

13、2、本發(fā)明調(diào)控器件同時在多路復用、全息成像、增強現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。

14、當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上的所有優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，其特征在于，包括二氧化硅襯底(1)，所述二氧化硅襯底(1)上集成由一組一維超構(gòu)原子陣列(2)所構(gòu)成的超表面，所述超表面的上方依次排列設(shè)置有微光纖波導i(3)、微光纖波導ii(4)和氮化硅波導(5)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，其特征在于，所述一維超構(gòu)原子陣列(2)由61個亞波長尺度的硅材料超構(gòu)原子組成，每個超構(gòu)原子為尺寸相同的長方體，且長方體的尺寸為：長度大于3μm，寬度為0.1μm，高度為0.4μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，其特征在于，所述一維超構(gòu)原子陣列(2)中超構(gòu)原子之間的間隙各不相同。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，其特征在于，所述超構(gòu)原子之間的間隙由波導的有效折射率與自由空間中光束聚焦的焦距決定，有效折射率為1.33，焦距為10μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，其特征在于，所述微光纖波導i(3)為直徑3μm、長度大于100μm的圓柱體，圓柱體材質(zhì)為二氧化硅；所述微光纖波導i(3)能夠支持波長為1.55μm的te01模的傳輸。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，其特征在于，所述微光纖波導ii(4)為直徑3μm、長度大于100μm的圓柱體，圓柱體材質(zhì)為二氧化硅；所述微光纖波導ii(4)能夠支持波長為1.55μm的he21模的傳輸。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的的片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，其特征在于，所述氮化硅波導(5)為長方體，長方體材質(zhì)為氮化硅，長方體其橫截面尺寸為0.5μm*0.5μm，長方體其垂直于橫截面的長度大于100μm；所述氮化硅波導(5)能夠支持波長為1.55μm的te11模的傳輸。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的的片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件，其特征在于，所述微光纖波導i(3)、微光纖波導ii(4)、氮化硅波導(5)放置在超表面上方時，能夠同時將微光纖波導i(3)中傳輸?shù)膖e01模、微光纖波導ii(4)中傳輸?shù)膆e21模、氮化硅波導(5)中傳輸?shù)膖e11模耦合至自由空間中，并分別形成三個焦距為10μm的不同焦點。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于微納光學技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種片上超表面可同時對多個波導模式進行調(diào)控的調(diào)控器件。本發(fā)明通過一組超構(gòu)原子陣列同時將多個波導內(nèi)部傳輸?shù)膶РＪ叫盘栺詈现猎谧杂煽臻g中并進行聚焦調(diào)控。與傳統(tǒng)的光子集成器件將超構(gòu)原子集成在波導上表面來處理光信號不同，本發(fā)明調(diào)控器件并非將超構(gòu)陣列集成在波導上，而是通過制備一個集成超表面襯底，當多個傳輸不同導波模式信號的波導通過襯底上的超構(gòu)原子時，同時可以實現(xiàn)對多個波導內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柕倪M行調(diào)制，賦予了光子集成電路較高的調(diào)制靈活性。本發(fā)明調(diào)控器件同時在多路復用、全息成像、增強現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：雷雨,高一菲,杜章易,胡駿保,左怡添,張增偉,徐德旺,李世豪
受保護的技術(shù)使用者：安徽工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8