一种基于二维光栅的不对称光传输器的制作方法

本发明涉及光器件，具体涉及一种基于二维光栅的不对称光传输器。

背景技术：

1、不对称光传输器是一种基本的无源光器件，其功能是光从某一个方向入射到器件时，可以透射传输，但从相反方向入射时，透射率非常低而不能有效传输。因为具有类似于集成电路中电二极管的单向导通性，不对称光传输器又被称为光二极管，在光通信、光信息处理以及光学传感等领域有着广泛应用，同时又可以用于单向光学薄膜、太阳能电池、增强现实等领域。

2、传统的不对称光传输主要是基于法拉第效应实现，器件体积大，难以集成。非线性效应也可以用来实现不对称光传输，但所要求的输入光功率很大，应用场景非常有限。此外，基于表面等离子激元效应的金属微纳结构的不对称光传输器，一般只针对tm入射光，且具有较大的损耗。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于二维光栅的不对称光传输器，该光传输器能有效解决传统各类不对称光传输器体积大难以集成、或输入光功率大、或要求偏振光入射以及损耗大等缺点。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于二维光栅的不对称光传输器，由依次层叠的三层结构组成，第一层为由周期性排列的完全相同的介质柱组成的二维光栅结构，第二层为衬底介质层；第三层为由周期性排列的两种不同的介质柱交替组成的二维光栅结构。

3、针对入射波长为530nm时，所述光传输器的元胞周期沿x和y方向分别为550nm和953.6nm。

4、所述第一层二维光栅，由位于空气中同一尺寸的纳米柱呈正三角排列形成。

5、针对入射波长为530nm时，所述呈正三角排列的纳米柱为圆柱形，材料为氮化硅，折射率为1.9，正三角排列边长为275nm，纳米柱半径为68.75nm，高度为100nm。

6、针对入射波长为530nm时，所述第二层衬底介质层为二氧化硅，折射率为1.46，高度为10um。

7、所述第三层二维光栅，由嵌入衬底中两种尺寸不同的纳米柱呈长方形交替排列形成，针对入射波长为530nm时，每种长方形排列周期沿x和y方向分别为550nm和953.6nm，在x和y方向交替错位距离分别为275nm和476.3nm。

8、所述两种尺寸不同的纳米柱为氮化硅圆柱形，折射率为1.9，两种纳米柱高度分别为800nm和1000nm，两者半径均为137.5nm。

9、本发明采用上述技术方案所设计的一种基于二维光栅的不对称光传输器，该传输器由依次层叠的三层结构组成，当光从正向垂直入射到不对称光传输器时，正向入射光能有效透过传输，其中零阶透射基本被抑制，主要通过高阶透射传输；而光从反向垂直入射到不对称光传输器时，反向入射光的零阶和高阶透射级次都基本被抑制，不能有效的透过传输。与现有技术相比，本发明光传输器具有体积小易于集成、无输入光功率要求、无特定偏振输入要求、全电介质(无金属)低损耗、cmos兼容便于量产等优点。

技术特征：

1.一种基于二维光栅的不对称光传输器，其特征是由依次层叠的三层结构组成，第一层为由周期性排列的完全相同的介质柱组成的二维光栅结构，第二层为衬底介质层；第三层为由周期性排列的两种不同的介质柱交替组成的二维光栅结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维光栅的不对称光传输器，其特征是针对入射波长为530nm时，所述光传输器的元胞周期沿x和y方向分别为550nm和953.6nm。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于二维光栅的不对称光传输器，其特征是所述第一层二维光栅，由位于空气中同一尺寸的纳米柱呈正三角排列形成。

4.根据权利要求3所述的一种基于二维光栅的不对称光传输器，其特征是针对入射波长为530nm时，所述呈正三角排列的纳米柱为圆柱形，材料为氮化硅，折射率为1.9，正三角排列边长为275nm，纳米柱半径为68.75nm，高度为100nm。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于二维光栅的不对称光传输器，其特征是针对入射波长为530nm时，所述第二层衬底介质层为二氧化硅，折射率为1.46，高度为10um。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于二维光栅的不对称光传输器，其特征是所述第三层二维光栅，由嵌入衬底中两种尺寸不同的纳米柱呈长方形交替排列形成，针对入射波长为530nm时，每种长方形排列周期沿x和y方向分别为550nm和953.6nm，在x和y方向交替错位距离分别为275nm和476.3nm。

7.根据权利要求6所述的一种基于二维光栅的不对称光传输器，其特征是所述两种尺寸不同的纳米柱为氮化硅圆柱形，折射率为1.9，两种纳米柱高度分别为800nm和1000nm，两者半径均为137.5nm。

技术总结
本发明公开了一种基于二维光栅的不对称光传输器，其是由依次层叠的三层结构组成，第一层为由周期性排列的完全相同的介质柱组成的二维光栅结构，第二层为衬底介质层；第三层为由周期性排列的两种不同的介质柱交替组成的二维光栅结构。本发明当光从正向垂直入射到不对称光传输器时，正向入射光的能有效透射传输，其中零阶透射基本被抑制，主要通过高阶透射传输；而光从反向垂直入射到不对称光传输器时，反向入射光的零阶和高阶透射级次都基本被抑制，不能有效的透过传输。本发明具有体积小易于集成、无输入光功率要求、无特定偏振输入要求、全电介质（无金属）低损耗、CMOS兼容便于量产等优点。

技术研发人员：王靖,陈阳曦,刘维娜,邹小慧,刘潇毅,唐朝
受保护的技术使用者：中光学（上海）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15