科研进展简报

基于SPPs的不对称光学传输器

来源:武汉光电国家实验室(筹)    作者:光电子器件与集成功能实验室    发布时间:2017年09月19日

        不对称光传输器是一种无源光学器件,在光通信、光网络中具有不可或缺的作用,其功能是当一束光从某一个方向入射时,允许透射;但是当这束光沿相反方向入射时,禁止透射。迄今为止,大部分提出的解决方案都是通过利用材料的非线性或磁光材料来实现不对称传输的,因此具有高输入功率或体积大的缺点。也有通过手性超材料来实现不对称传输的,可惜这种方式会改变入射光的偏振态。当然还有一些是通过光栅、波导以及光子晶体等方式实现不对称传输的,但是透射光的模式会发生变化,例如会透射光会衍射到某一级次,或奇模式变偶模式等,因此其使用范围具有局限性。

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图1 不对称传输器结构图

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图2 正向入射和反射入射的电场分布图

        针对以上问题,华中科技大学武汉光电国家实验室光电子集成与器件功能实验室黄黎蓉教授带领博士生令永红等人,创新性地提出了一种基于单向激发SPPs的方式实现不对称传输。该不对称传输器由梯度超表面和一维光栅构成(如图1所示)。当正向入射光照射到该不对称传输器时,首先经过超表面转化为SPPs波,再经过一维光栅解耦合到自由空间,即,实现了正向入射光的高透性;反之,当反方向入射光照射到该不对称传输器时,首先经过一维光栅,由于一维光栅无法产生SPPs波,使得反向入射光几乎很难透射出去(如图2所示)。由此,实现了不对称传输器的功能。该不对称光传输器具有结构简单,平面制作工艺和制作成本低的优点,将广泛应用于纳米光子学领域。

        2017年6月12日,该研究成果“Asymmetric optical transmission based on unidirectional excitation of surface plasmon polaritons in gradient metasurface” 发表在OSA旗下期刊Optics Express (Vol. 25, No. 12, pp. 13648-13658, 2017)杂志。该项研究得到国家自然科学基金(61675074)的资助。