【CN110068889A】一种硅基人工微结构超表面波导耦合器【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910357092.1

(22)申请日 2019.04.29

(71)申请人 浙江大学

地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘

路866号

(72)发明人 何赛灵　董红光　龚晨晟　

(74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公

司 33200

代理人 林松海

(51)Int.Cl.

G02B 6/10(2006.01)

G02B 6/126(2006.01)

G02B 6/24(2006.01)

(54)发明名称

一种硅基人工微结构超表面波导耦合器

(57)摘要

本发明公开了一种硅基人工微结构超表面

波导耦合器，包括基底、二氧化硅层、顶层，顶层

包括左侧的人工微结构超表面和右侧的波导，人

工微结构超表面置于光波导端口的一侧；入射光

垂直向下照射，在人工微结构超表面获得相位延

迟，引入了额外的表面横向波矢，表面横向波矢

与波导工作模式的有效横向波矢相等，满足波导

耦合的波矢匹配条件，从而将垂直入射的光耦合

到波导中单向传播。本发明通过设计硅基人工微

结构超表面，使垂直入射的线偏振光高效地耦合

进入光波导，并使其在光波导内单向传播，抑制

了光波导中光反向耦合入自由空间的过程，进一

步提高了空间光到光波导的耦合效率；能够与现

有的CMOS加工工艺兼容，极大的降低了成本，具

有广泛的市场前景。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 110068889 A 2019.07.30

C N 110068889

A

1.一种硅基人工微结构超表面的波导耦合器，其特征在于，包括基底、二氧化硅层、顶层，顶层包括左侧的人工微结构超表面和右侧的波导，人工微结构超表面置于光波导端口的一侧；入射光垂直向下照射，在人工微结构超表面获得相位延迟，引入了额外的表面横向波矢，表面横向波矢与波导工作模式的有效横向波矢相等，满足波导耦合的波矢匹配条件，从而将垂直入射的光耦合到波导中单向传播。

2.如权利要求1所述的波导耦合器，其特征在于，所述的人工微结构超表面为周期性结构，每个周期中包括N个结构单元，N≥3，每个结构单元包含一个硅块。

3.如权利要求2所述的波导耦合器，其特征在于，所述的人工微结构超表面，通过改变结构单元的宽度和硅块的宽度，调整入射光带来的相位延迟。

4.如权利要求2所述的波导耦合器，其特征在于，所述的人工微结构超表面，通过改变结构单元的排布，获得以梯度形式分布的相位延迟。

5.如权利要求2所述的波导耦合器，其特征在于，所述的硅块的高度和波导厚度相同。

6.如权利要求2所述的波导耦合器，其特征在于，所述的硅块的切面为矩形，包括但不限于圆柱形、矩形柱。

7.如权利要求1所述的波导耦合器，其特征在于，所述的入射光的波长λ范围是400 nm<λ<10μm。

8.如权利要求1所述的波导耦合器，其特征在于，所述的相位延迟为0

~2π。

权　利　要　求　书1/1页

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CN 110068889 A