[发明专利]一种双频极化光栅的设计方法有效

专利信息
申请号: 201711459845.7 申请日: 2017-12-28
公开(公告)号: CN109980358B 公开(公告)日: 2021-07-20
发明(设计)人: 张峰;黄梅;宋绍栋 申请(专利权)人: 核工业西南物理研究院
主分类号: H01Q15/24 分类号: H01Q15/24
代理公司: 核工业专利中心 11007 代理人: 李东斌
地址: 610041 四川*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 双频 极化 光栅 设计 方法
【权利要求书】:

1.一种双频极化光栅的设计方法,其特征在于:该方法具体包括如下步骤:

步骤1、根据加工的难度,以及A频率和B频率的极化光栅的周期可取值范围,合理选择光栅槽纹周期;

光栅槽纹为正弦函数,其主要由周期p和深度d所确定,其中周期p要求小于λ/(1+sinθcosФ),其中,λ为入射波的波长,θ为入射波的入射角度,Ф是极化光栅的旋转角度;

根据加工的难度,以及综合A频率和B频率的极化光栅的周期可取值范围,合理选择光栅槽纹p;

A频率和B频率的极化光栅的槽纹周期设定为同一个值;

步骤2、通过扫描槽纹光栅深度寻找满足旋转角和椭圆率的相位差,从而确定A频率和B频率的线极化光栅和椭圆极化光栅的槽纹深度;

步骤2.1、根据线极化光栅和椭圆极化光栅对相位差的要求,分别确定A频率和B频率的单频率极化光栅参数槽纹周期和槽纹深度,椭圆极化光栅的参数槽纹周期和槽纹深度;

步骤2.2、A频率的线极化光栅和B频率的椭圆极化光栅共用一个极化光栅;A频率的椭圆极化光栅和B频率的线极化光栅共用一个极化光栅;

步骤2.3、对接近的两个槽纹深度参数,以一定的步长进行扫描,并通过最优参数获得两个不同的极化光栅;

步骤3、A频率线极化光栅和B频率椭圆极化光栅的深度参数接近并共用一个极化光栅;A频率椭圆极化光栅和B频率线极化光栅的深度参数接近并共用另一个极化光栅,通过对上述两个极化光栅的深度参数优化即可获得满足A频率和B频率的双频极化光栅。

2.根据权利要求1所述的一种双频极化光栅的设计方法,其特征在于:所述的步骤2具体包括:

线极化光栅要求旋转角α的取值为-90°≤α≤90°,而椭圆角β尽可能的小;对于椭圆极化光栅,要求椭圆角β的取值为-45°≤β≤45°;根据旋转角和椭圆率与相位差的关系,

tan2α=tan2γcosδ

sin2β=sin2γsinδ

其中:δ为相位差,γ为类TE模和类TM模的电场分量之间的夹角;

通过扫描槽纹光栅深度d寻找满足上述旋转角和椭圆角关系要求的相位差,从而确定A频率和B频率的线极化光栅和椭圆极化光栅的槽纹深度d。

3.根据权利要求1所述的一种双频极化光栅的设计方法,其特征在于:所述的步骤2.1具体包括:

入射波和反射波之间的关系如下:

tan2α=tan2γcosδ (2)

sin2β=sin2γsinδ (3)

设入射波是一个线极化波,其电场为(Exi,Eyi)=(1,0),那么将其代入式(1)可得:

联合等式(2),式(3)和式(4),可以得到γ的表达式为:

根据线极化器对于τ的取值要求;线极化要求旋转角α在-90°到90°之间变化,而椭圆角β的变化尽可能的小,因此要求或δ≈nπ(n为整数);将其代入式(5)中可知,

tan2(2ξ)cos2(τ/2)≈0 (6)

上式成立的条件是τ≈(2m+1)π(m为整数);又因为τ的取值范围为[0 2π],因此τ的取值在π附近;

椭圆极化光栅对于τ的取值要求,对于椭圆极化光栅,要求β能够在-45°到45°之间变化,因此且cos(2ξ)sin(τ/2)=0(n为整数),代入上式可知:

sin2(2ξ)sin2(τ/2)≈1/2

满足上式的条件为ξ=(2n+1)π/4且τ≈(2m+1)π/2(n和m为整数);由ξ的定义可知,当tanΦ=±1/cosθ时,ξ=(2n+1)π/4成立;又τ的取值范围为[0 2π],因此对于椭圆极化光栅,要求在tanΦ=±1/cosθ处τ的取值约为π/2或3π/2;根据线极化光栅和椭圆极化光栅对相位差的要求来确定A频率单频线极化光栅参数槽纹周期p1和槽纹深度dA1,椭圆极化光栅的参数槽纹周期pA2和槽纹深度dA2和dA3;B频率的单频线极化光栅参数槽纹周期pB1和槽纹深度dB1,椭圆极化光栅的参数槽纹周期pB2和槽纹深度dB2和dB3。

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