一种超材料基集成式偏振功率计及其测试方法

1.本发明是关于一种超材料基集成式偏振功率计及其测试方法，涉及光学测量技术领域。


背景技术：

2.偏振状态和功率密度是光的重要属性。一方面，光的偏振信息在成像、光通讯和光谱分析方面有着广泛应用；另一方面，光的偏振信息在科学研究中也是常需的测试量。
3.现有测量中通常采用一个偏振分辨器件和一个放置其后的光电测量器件结合起来，通过多次旋转偏振分辨器件的角度，从而获得光学的线偏振角度信息。这种方法不仅操作繁琐，同时测量设备所需空间较大，偏振分辨器件和光电测量器件分离，极大限制了集成光子学的发展。另外，在不同波段也需要利用不同的光电测量手段，比如微波需要利用整流天线，可见光需要利用pn结等。
4.因此，需要发展一种集成式的片上器件，能够同时测量偏振信息和功率信息，且适用波段范围广。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，针对上述问题，本发明的目的是提供一种超材料基集成式偏振功率计及其测试方法，能够在亚波长尺寸内实现线偏振角度和功率密度的同时检测。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案为：
7.第一方面，本发明提供一种超材料基集成式偏振功率计，该偏振功率计包括：
8.衬底；
9.探测器件，所述衬底上设置有至少一组所述探测器件，每一组所述探测器件均包括三个探测基元，三个所述探测基元在衬底平面内满足三重旋转对称，其中：
10.每一所述探测基元均包括超材料结构和光电转换模块，所述超材料结构用于对入射光束产生响应，所述光电转换模块处于所述超材料结构产生的动态局域电场和动态局域磁场之中，用于实现光信号与直流电压信号的转换。
11.进一步地，超材料基集成式偏振功率计的工作原理为：当待检测光束照射超材料基集成式偏振功率计，超材料结构对待检测光束发生谐振响应，产生增强的局域动态电场和局域动态磁场，局域动态电场会驱动置于其中的光电转换模块中的载流子发生漂移运动，该运动由于同时还受到局域动态磁场的作用，因此在洛伦兹力的驱动下，该运动发生定向偏转，实现了正负载流子的分离，在光电转换模块的两端形成不同性质的电荷聚集，产生了直流电势差，实现光到直流电压的转换。
12.进一步地，三个所述探测基元分别为第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元，所述第一探测基元的放置位置定义为对入射光束的最大响应发生在电场与x轴平行的位置，所述第二探测基元的放置位置定义为所述第一探测基元逆时针旋转120度，所述第三
探测基元的放置位置定义为所述第一探测基元顺时针旋转度120度，其中，x轴定义为水平方向，y轴定义为竖直方向。
13.进一步地，所述偏振功率计的工作模式包括：
14.当包括一组所述探测器件时，用于检测入射光束中单个频点的偏振功率信息；
15.当包括多组不同频率响应的所述探测器件时，用于同时检测入射光束中多个频点的偏振功率信息，其中，所述偏振功率信息包括功率密度和/或线偏振角度。
16.进一步地，所述衬底采用低损耗衬底，所述低损耗衬底材料采用teflon、fr-4、高纯gaas、高纯si、高纯ge、玻璃或石英。
17.进一步地，所述超材料结构具有亚波长尺寸，所述超材料结构的材料采用良导体金属材料、介质材料、重掺杂或不掺杂的半导体材料或高分子材料。
18.进一步地，所述光电转换模块是提供载流子的结构，完成光信号到直流电压信号的转换，其具体形状没有具体要求，采用方形、圆形或三角形等常见形状；所述光电转换模块的材料采用n型或p型掺杂的si、ge、gaas、inp等半导体材料；或所述光电转换模块采用mos2、bn、ws2、mose2、wse2、mxene、石墨烯等二维材料。
19.第二方面，本发明还提供一种超材料基集成式偏振功率计的测试方法，包括：
20.某入射频率的待检测光束入射到超材料基集成式偏振功率计的第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元，第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元产生的直流电压为v1，v2和v3；
21.基于直流电压v1，v2和v3计算得到待检测光束单频点的偏振功率信息，其中，偏振功率信息包括功率密度p0和/或线偏振角度θ。
22.进一步地，当测量待检测光束的功率密度p0时，还包括通过已知偏振和功率密度信息的校准光束预先照射超材料基集成式偏振功率计，通过测量第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元实际产生的直流电压v1，v2和v3，得到校准的光电转换系数η1，η2和η3的步骤。
23.进一步地，第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元产生的电压和待检测光束的偏振功率信息满足以下关系：
24.θ∈[0,π]
[0025][0026]
其中，当三个探测基元结构参数完全相同时，三个光电转换系数相等，当三个探测基元结构参数不同时，三个光电转换系数不相等。
[0027]
进一步地，基于直流电压v1，v2和v3计算得到待检测光束单频点的偏振功率信息的计算公式为：
[0028][0029][0030][0031][0032]
进一步地，当需要测量待检测光束中多频点的偏振功率信息时，过程为：包括不同频率的待检测光束同时入射到工作在不同波段的多组探测器件，重复单频点偏振功率信息的测试过程，获得待检测光束中多频点的功率密度p0和/或线偏振角度θ。
[0033]
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下特点：
[0034]
1、本发明提供的超材料基集成式偏振功率计利用超材料结构优异的光学响应特性，可同时测量线偏振角度和功率密度，无需额外的偏振分辨器件和光电测量器件，平面尺度处于亚波长尺寸，极大缩小检测器件尺寸，便于集成，对于工程应用和科学研究都具有重要意义。
[0035]
2、本发明提供的超材料基集成式偏振功率计整体结构兼容于当前半导体工艺，结构简单，便于制备。
[0036]
3、本发明提供的超材料基集成式偏振功率计工作波段可以调节，工作原理适用于从射频波段到可见光波段，波长范围可包括400nm～4m。
[0037]
综上，本发明操作方便、体积小、便于集成、响应波段使用范围广，可以广泛应用于光学测量中。
附图说明
[0038]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0039]
图1为本发明实施例的超材料基集成式偏振功率计的探测基元结构及光谱响应示意图，其中，图1(a)为本发明实施例的超材料基集成式偏振功率计的探测基元示意图，其中，e为电场方向，h为磁场方向，k为波矢传播方向；图1(b)为本发明实施例的超材料基集成
式偏振功率计的探测基元光谱响应示意图。
[0040]
图2为本发明实施例的超材料基集成式偏振功率计的一组探测器件结构及探测基元的曲线示意图，其中，图2(a)为本发明实施例的超材料基集成式偏振功率计的一组探测器件示意图；图2(b)为本发明实施例的三个探测基元的理论电压响应值和模拟值对入射光束偏振角度的依赖关系。
[0041][0042][0043]
图3为本发明实施例的超材料基集成式偏振功率计测试流程示意图。
[0044]
图4为本发明实施例1的超材料基集成式偏振功率计对待检测光束的线偏振角度检测结果和误差分析示意图。
[0045]
图5为本发明实施例1的超材料基集成式偏振功率计对待检测光束的功率密度检测结果和误差分析示意图。
具体实施方式
[0046]
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
[0047]
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
[0048]
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。其中，本发明所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
[0049]
由于现有测试方法操作繁琐，测量设备所需空间较大，极大限制了集成光子学的发展。本发明提供一种超材料基集成式偏振功率计，包括衬底；探测器件，衬底上设置有至少一组探测器件，每一组探测器件包括三个探测基元，三个探测基元在衬底平面内满足三重旋转对称性，其中：每一探测基元均包括超材料结构和光电转换模块，超材料结构用于对入射光束产生响应，光电转换模块处于超材料结构产生的动态局域电场和动态局域磁场之中，用于实现光信号到直流电压信号的转换。因此，本发明提供的偏振功率计高度集成，能够同时探测线偏振角度和功率密度。
[0050]
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发
明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0051]
如图1、图2所示，本实施例提供的超材料基集成式偏振功率计，包括低损耗衬底1，低损耗衬底1上设置有至少一组探测器件2。
[0052]
每一组探测器件2均包括三个探测基元21，三个探测基元21在低损耗衬底1平面内分布满足三重旋转对称，三个探测基元21的结构参数可以相同，也可以不同，在此不做限制，可以根据实际需要选用。
[0053]
每一探测基元21均包括超材料结构211和光电转换模块212，超材料结构211用于对入射光束产生响应，光电转换模块212处于超材料结构211产生的动态局域电场和动态局域磁场之中，置于局域场中的光电转换模块212中的自由载流子因受到洛伦兹力作用而发生定向偏转从而实现光信号到直流电压信号转换，其中，光电转换模块212位置不做限定，只需满足光电转换模块212位于超材料结构211产生的局域动态电场和局域动态磁场之中即可。
[0054]
本发明的一个优选实施例中，低损耗衬底1起支撑作用，低损耗衬底1的材料可以采用teflon、fr-4、高纯gaas、高纯si、高纯ge、玻璃或石英等。其中，低损耗衬底1是指对待检测光束损耗较低的材料，例如在微波波段的teflon、fr-4等，太赫兹波段的高纯gaas、高纯si、高纯ge等，可见光波段的玻璃、石英等，具体选择视超材料基集成式偏振功率计工作波段进行确定，在此不做赘述。
[0055]
本发明的一个优选实施例中，三个探测基元21分别为第一探测基元21-a、第二探测基元21-b和第三探测基元21-c，其中，第一探测基元21-a的放置位置定义为对入射光束的最大响应发生在电场与x轴平行的位置，第二探测基元21-b的放置位置定义为第一探测基元21-a逆时针旋转120度，第三探测基元21-c的放置位置定义为第一探测基元21-a顺时针旋转120度，其中，x轴定义为水平方向，y轴定位为竖直方向。
[0056]
本发明的一个优选实施例中，超材料结构211的响应对入射光束的线偏振角度和功率密度信息敏感。超材料结构211呈几何连续或由多个几何分立结构构成。超材料结构211具有亚波长尺寸，具体的结构形式不做限制，只需满足对于待检测光束的线偏振角度和功率密度信息敏感即可，可以是单个结构，也可以是多个结构组合而成。
[0057]
进一步地，如图1(a)所示，超材料结构211可以采用现有比较常规的u形环结构，以此为例，不限于此。
[0058]
进一步地，超材料结构211的材料须满足电磁波谐振对材料的基本要求，没有特殊限制，超材料结构211的材料可以采用良导体金属材料、介质材料、重掺杂或不掺杂的半导体材料或高分子材料，例如可以是al、au、ag、cu、ni、zn等良导体金属材料，也可以是tio2、sio2、batio3等介质材料；也可以是重掺杂或不掺杂的gaas、si、ge、se、zns等半导体，重掺杂的半导体中掺杂的元素包括硼元素、磷元素、砷元素等；亦可以是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂等高分子材料。
[0059]
本发明的一个优选实施例中，光电转换模块212材料可以采用n型或p型掺杂的半导体材料或二维材料，具体可以采用n型或p型掺杂的si、ge、gaas、inp等半导体材料；或者可以是mos2、bn、ws2、mose2、wse2、mxene、石墨烯等二维材料。光电转换模块212是提供载流
子的结构，用于完成光信号到直流电压信号的转换，具体形状不做限制，可以采用方形，圆形或三角形等形状。使用时，光电转换模块212的一端需要接地。
[0060]
本发明的一个优选实施例中，探测基元21的工作频率可以通过修改几何参数实现调节，其满足结构参数越大，工作频率越低的趋势，在此不做具体限定，可以根据实际需要进行选择。
[0061]
本发明的一个优选实施例中，超材料基集成式偏振功率计的工作模式可以是单组探测器件2使用在单频点进行入射光束偏振功率信息检测；也可以多组工作在不同波段的探测器件2一起使用，同时检测入射光束在多频点的光束偏振功率信息。当需要同时检测单个频点的线偏振角度和功率密度信息，超材料基集成式偏振功率计只需要包括一组探测器件2；当需要同时检测多个频点的线偏振角度和功率密度信息时，超材料基集成式偏振功率计包括多组不同频率响应的探测器件2。
[0062]
如图2(a)所示，第一探测基元21-a、第二探测基元21-b和第三探测基元21-c所产生的直流电压分别定义为v1，v2和v3。设待检测光束的线偏振角度为电场强度e与x轴的夹角θ，功率密度为p0，则三个探测基元21产生的电压和待检测光束的偏振功率信息满足以下关系：
[0063]
θ∈[0,π]
[0064][0065]
其中，η1，η2和η3分别为三个探测基元的光电转换系数，当三个探测基元结构参数完全相同时，该三个光电转换系数相等，当三个探测基元结构参数不同时，该三个光电转换系数不相等。
[0066]
基于直流电压v1，v2和v3，计算得到待检测光束的线偏振角度θ和功率密度信息p0：
[0067][0068]
通过公式(2)可以看出通过测量三个探测基元21产生的直流电压v1，v2和v3计算得到待检测光束的偏振角度θ和功率密度信息p0。
[0069]
如图3所示，本发明还提供一种超材料基集成式偏振功率计的测试方法，包括：
[0070]
s1、某入射频率的待检测光束入射到超材料基集成式偏振功率计的第一探测基元21-a、第二探测基元21-b和第三探测基元21-c产生相应的直流电压v1，v2和v3；
[0071]
s2、将直流电压v1，v2和v3带入到公式(2)中计算得到待检测光束的功率密度p0和/或线偏振角度θ。
[0072]
本发明的一个优选实施例中，当需要测量待检测光束的功率密度信息，还包括通过已知偏振和功率密度信息的校准光束来预先照射超材料基集成式偏振功率计，通过测量实际产生的直流电压v1，v2和v3，得到校准的光电转换系数η1，η2和η3的步骤。
[0073]
本发明的一个优选实施例中，当多组工作在不同波段的探测器件2一起使用，检测多频点的光束偏振功率信息，具体为：包括不同波段的待检测光束同时入射到多组探测器件，重复单频点偏振功率信息的测试过程，获得待检测光束中多频点的功率密度p0和/或线偏振角度θ。
[0074]
下面通过具体实施例详细说明本发明的超材料基集成式偏振功率计的应用。
[0075]
实施例1：本实施例提供了一种在太赫兹波段(0.8thz)工作的超材料基集成式偏振功率计，包括三个探测基元21，其可以在0-180
°
范围以低于3
°
的误差进行线偏振角度检测，同时以低于3.5％的相对误差进行功率密度检测。
[0076]
如图1(a)所示，本实施例提供的探测基元21的结构为：
[0077]
低损耗衬底1：材料为高纯gaas(腐蚀缺陷密度为1000～4000cm2)，厚度为20μm，其在太赫兹波段(0.8thz)损耗可以忽略不计，介电常数为12.9。
[0078]
超材料结构211：材料为au，电导率为5
×
107s/m，尺寸边长为33μm
×
33μm，线宽为6μm，厚度为1μm；
[0079]
光电转换模块212：材料为n型掺杂gaas，尺寸边长为12μm
×
12μm，厚度为1μm。
[0080]
如图1(b)所示为所提供的探测基元21的光谱响应曲线，取吸收率参数来表征响应度，归一化到最大值。入射光束的电场与探测基元21的相互关系如图1(a)所示，所提供的探测基元在0.8thz有最大响应度，模拟结果与设计相符。
[0081]
图2(a)所示为本实施例的探测组件2，包括参数相同的三个探测基元21，三个探测基元21排布满足三重旋转对称，按照逆时针方向分别为第一探测基元21-a，第二探测基元21-b和第三探测基元21-c，其产生的直流电压分别为v1，v2和v3。三个探测基元21组成的单个探测器件与坐标轴的关系如图2(a)所示，定义入射光束电场矢量和x轴的夹角为入射光的线偏振角度θ。由于三个探测基元具有完全相同的几何结构参数，因此三个探测基元的光电转换系数相同。
[0082]
图2(b)为上述的三个探测基元产生的直流电压随着入射偏转角度θ变化而变化的依赖关系。其中，入射光束为电场强度e为107v/m的线偏振平面波，线条表示理论依赖关系，符号表示通过有限元模拟得到的结果，两者均归一化到最大值。从图中可以看出，理论和模拟完美吻合，说明所提供的探测基元所产生的直流电压和入射光功率密度呈现线性依赖关系，这也为本发明准确检测功率提供了必要条件。通过这一步，可以完成超材料基集成式偏振功率计的校准，由于所提供的三个探测基元具有完全相同的结构，因此校准一次即可得到全部基元的光电转换系数。
[0083]
如图4和图5所示为利用校准好的超材料基集成式偏振功率计对待测光束的检测。从0-180
°
全角度范围进行了测试，检测结果表明，所提出的超材料基集成式偏振功率计可
以低于3
°
的误差对任意线偏振角度进行检测。同时，也在0-250mw/cm2大范围对功率密度进行了测试，检测结果表明，所提出的超材料基集成式偏振功率计对功率密度的检测误差均小于3.5％，满足需求。其中误差主要来源有限元网格的剖分带来的计算误差。
[0084]
进一步地，基于上述实施例1的超材料基集成式偏振功率计的测试过程为：
[0085]
s1、利用已知功率密度的校准光束照射设计的超材料基集成式偏振功率计，利用沿着x偏振的平面波入射，得到第一探测基元21-a的直流电压v1，利用关系v1＝η1p0关系，得到探测基元的光电转换系数η1，由于三个探测基元结构相同，因此η1＝η2＝η3，至此完成了探测器件的校准过程；
[0086]
s2、入射任意偏振角度和功率密度的待检测光束，测得第一探测基元21-a、第二探测基元21-b和第三探测基元21-c的直流电压v1，v2和v3；
[0087]
s3、将测得三个电压v1，v2和v3利用公式(2)直接得到待检测光束的线偏振角度和功率密度信息，完成检测。
[0088]
进一步地，本实施例提供了工作在单频点(0.8thz)的单组探测器件2，但是超材料基集成式偏振功率计不限于此，还可以组合不同工作频率的多组探测器件2，同时对入射光束的多个频点进行偏振功率检测。
[0089]
综上所述，本发明提供的超材料基集成式偏振功率计克服了当前大部分检测设备体积较大的缺点，在亚波长尺寸内实现线偏振角度和功率密度的同时检测，仅仅需要一次测量三个直流电压，便可以完成检测，结构简单，易于制备，为发展高度集成的器件提供了一种方法。同时，该理论适用于从微波到可见光的范围，波长范围可包括400nm～4m，尤其是填补了红外到太赫兹波段的此类器件空白。
[0090]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本说明书的描述中，参考术语“本发明的一个优选实施例中”、“进一步地”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0091]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种超材料基集成式偏振功率计，其特征在于，该偏振功率计包括：衬底；探测器件，所述衬底上设置有至少一组所述探测器件，每一组所述探测器件均包括三个探测基元，三个所述探测基元在衬底平面内满足三重旋转对称，其中：每一所述探测基元均包括超材料结构和光电转换模块，所述超材料结构用于对入射光束产生响应，所述光电转换模块处于所述超材料结构产生的动态局域电场和动态局域磁场之中，用于实现光信号与直流电压信号的转换。2.根据权利要求1所述的超材料基集成式偏振功率计，其特征在于，三个所述探测基元分别为第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元，所述第一探测基元的放置位置定义为对入射光束的最大响应发生在电场与x轴平行的位置，所述第二探测基元的放置位置定义为所述第一探测基元逆时针旋转120度，所述第三探测基元的放置位置定义为所述第一探测基元顺时针旋转度120度，其中，x轴定义为水平方向，y轴定义为竖直方向。3.根据权利要求1或2所述的超材料基集成式偏振功率计，其特征在于，所述偏振功率计的工作模式包括：当包括一组所述探测器件时，用于检测入射光束中单个频点的偏振功率信息；当包括多组不同频率响应的所述探测器件时，用于同时检测入射光束中多个频点的偏振功率信息，其中，所述偏振功率信息包括功率密度和/或线偏振角度。4.根据权利要求1或2所述的超材料基集成式偏振功率计，其特征在于，所述衬底采用低损耗衬底，所述低损耗衬底的材料采用teflon、fr-4、高纯gaas、高纯si、高纯ge、玻璃或石英。5.根据权利要求1或2所述的超材料基集成式偏振功率计，其特征在于，所述超材料结构具有亚波长尺寸，所述超材料结构的材料采用良导体金属材料、介质材料、重掺杂或不掺杂的半导体材料或高分子材料；所述光电转换模块的材料采用n型或p型掺杂的半导体材料或二维材料。6.一种超材料基集成式偏振功率计的测试方法，其特征在于包括：某入射频率的待检测光束入射到超材料基集成式偏振功率计的第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元，第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元产生的直流电压为v1，v2和v3；基于直流电压v1，v2和v3计算得到待检测光束单频点的偏振功率信息，其中，偏振功率信息包括功率密度p0和/或线偏振角度θ。7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，当测量待检测光束的功率密度p0时，还包括通过已知偏振和功率密度信息的校准光束预先照射超材料基集成式偏振功率计，通过测量第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元实际产生的直流电压v1，v2和v3，得到校准的光电转换系数η1，η2和η3的步骤。8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，第一探测基元、第二探测基元和第三探测基元产生的电压和待检测光束的偏振功率信息满足以下关系：θ∈[0,π]
其中，当三个探测基元结构参数完全相同时，三个光电转换系数相等，当三个探测基元结构参数不同时，三个光电转换系数不相等。9.根据权利要求6～8任一项所述的测试方法，其特征在于，基于直流电压v1，v2和v3计算得到待检测光束单频点的偏振功率信息的计算公式为：算得到待检测光束单频点的偏振功率信息的计算公式为：算得到待检测光束单频点的偏振功率信息的计算公式为：算得到待检测光束单频点的偏振功率信息的计算公式为：10.根据权利要求6～8任一项所述的测试方法，其特征在于，当需要测量待检测光束中多频点的偏振功率信息时，过程为：包括不同频率的待检测光束同时入射到工作在不同波段的多组探测器件，重复单频点偏振功率信息的测试过程，获得待检测光束中多频点的功率密度p0和/或线偏振角度θ。

技术总结
本发明涉及一种超材料基集成式偏振功率计及其测试方法，该偏振功率计包括：衬底；探测器件，衬底上设置有至少一组探测器件，每一组探测器件包括三个探测基元，三个探测基元在衬底平面内满足三重旋转对称，其中：每一探测基元均包括超材料结构和光电转换模块，超材料结构用于对入射光束产生响应，光电转换模块处于超材料结构产生的动态局域电场和动态局域磁场之中，用于实现光信号到直流电压信号的转换。本发明能够同时测量线偏振角度和功率密度信息，无需额外的偏振分辨器件和光电测量器件，极大缩小检测器件尺寸，便于集成，对于工程应用和科学研究都具有重要意义。应用和科学研究都具有重要意义。应用和科学研究都具有重要意义。


技术研发人员：文永正 赵世强 罗伟嘉 赵润妮 周济
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/8/28