基于混合集成超表面的非互易偏振旋转器：实现无磁片上光隔离与环形器偏振控制

《Scientific Reports》：Hybrid-integrated nonreciprocal polarization rotator based on dielectric metasurfaces and a magnet-free thin-film Faraday rotator

　　

摘要

集成的非互易偏振控制对于光电子集成回路中抑制背反射的光隔离器和环形器至关重要。在本研究中，我们提出并实验验证了一种基于混合集成的超表面非互易偏振旋转器（MNPR），该器件由金属透镜（ML）、无磁法拉第旋转器（MFFR）和双功能超表面（BFMS）组成。金属透镜（ML）提供互易光束准直和聚焦，而双功能超表面（BFMS）将相同的波前整形功能与类半波片的45°偏振旋转相结合。无磁法拉第旋转器（MFFR）无需外部磁场即可提供非互易45°法拉第旋转。通过对齐三个组件的光路方向和偏振轴，MNPR在正向保持输入偏振，并在反向将其转换为正交偏振。所制造的MNPR在C波段（1527–1565 nm）内工作。在1550 nm处，MNPR在正向和反向的偏振消光比分别为21.3?±?1.6 dB和21.2?±?0.7 dB，插入损耗分别为6.4?±?0.5 dB和6.4?±?0.1 dB。与硅波导芯片集成后，MNPR保持了其非互易特性，正向和反向的插入损耗分别为12.6 dB和12.5 dB。本文提出了结构优化策略以降低插入损耗，表明其有望作为未来片上光隔离器和环形器的偏振控制构建模块。