[发明专利]一种基于导模共振亚波长光栅编码的光束近场整形方法

权利要求书

1.一种基于导模共振亚波长光栅编码的光束近场整形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在光束的传输光路中离轴放置光栅编码器件，根据整形光束的期望输出，对光栅编码器件进行编码，光束经光栅编码器件透射后分束为0级衍射光束和-1级衍射光束，其中，0级衍射光束为整形光束的期望输出，所述光束为线偏振光；

S2：所述0级衍射光束经过光学滤波系统滤除高频分量，实现对光束的近场整形。

2.根据权利要求1所述的光束近场整形方法，其特征在于，光栅编码器件包括基底以及位于基底上的多个光栅，所述光栅为矩形光栅，且光栅背脊区域与基底采用相同的介质材料制得。

3.根据权利要求2所述的光束近场整形方法，其特征在于，步骤S1中，为保证光束经过光栅编码器件透射后，仅存在0、-1级两个衍射级次，则光束入射至光栅的入射角需满足：

λ为光束波长，其中，d＝b+g，d表示光栅周期，b表示单个光栅背脊区域宽度，g表示单个光栅凹槽区域宽度，且0.5λd1.5λ。

4.根据权利要求3所述的光束近场整形方法，其特征在于，在不同占空比f条件下，光束中的TE偏振分量始终存在两个导模，则：

其中，k₀＝2π/λ，n_b、n_g分别表示光栅脊背、沟槽区域的折射率，所对应的模式为导模，存在的两个导模对应的等效折射率记为

5.根据权利要求4所述的光束近场整形方法，其特征在于，当TE偏振分量中两个导模经过光栅传播后累积的相位差满足公式：

h表示光栅凹槽深度，此时，导模干涉相消，光束TE偏振分量所对应导模被完全耦合至-1级衍射光束中，即TE偏振分量的0级衍射效率为0。

6.根据权利要求5所述的光束近场整形方法，其特征在于，步骤S1中，采用面积编码方式对光栅编码器件进行编码，包括以下步骤：

(1)将光束的空间光强分布、光束的期望输出分别记为Iin(x,y)、Iout(x,y)，对于Iin(x,y)0的有效区域，光栅编码器件的0级衍射光束透过率分布设计目标为：Itar(x,y)＝Iout(x,y)/Iin(x,y)，对Itar(x,y)进行归一化，记为Inorm(x,y)；

(2)将光栅编码器件划分为M×N个子区域，光栅编码器件的面积编码设计目标S(i,j)，1≤i≤M，1≤j≤N，则S(i,j)/(Δx×Δy)＝1-mean[Inorm(x,y)]，(i-1)×Δx≤i×Δx，(j-1)×Δy≤j×Δy，Δx和Δy分别表示子区域尺寸，mean()函数表示取均值运算。

7.根据权利要求5所述的光束近场整形方法，其特征在于，步骤S1中，采用光栅刻蚀角度编码方式对光栅编码器件进行编码，-1级衍射光束沿着某个锥面出射，包括以下步骤：

(1)设定光栅栅线方向、光栅栅条方向、光栅法线方向分别为x、y、z轴，光束入射方向与x-z平面夹角为φ，光束入射方向与z轴夹角为光束的电场分量与入射面夹角采用严格耦合波理论计算不同编码角度φ值下0级衍射光束对应的衍射效率，φ∈[0°,90°]，建立编码角度与衍射效率间的归一化映射曲线ηnorm(φ)，0≤η≤1；

(2)将光束的空间光强分布、光束的期望输出分别记为Iin(x,y)、Iout(x,y)，对于Iin(x,y)0的有效区域，光栅编码器件的0级衍射光束透过率分布设计目标为：Itar(x,y)＝Iout(x,y)/Iin(x,y)，对Itar(x,y)进行归一化，记为Inorm(x,y)；

(3)将光栅编码器件划分为M×N个子区域，光栅编码器件的角度编码设计目标φ(i,j)，1≤i≤M，1≤j≤N，且ηnorm[φ(i,j)]＝mean[Inorm(x,y)]，(i-1)×Δx≤i×Δx,(j-1)×Δy≤j×Δy，Δx、Δy分别表示子区域沿x、y方向的宽度，mean()函数表示取均值运算。

8.根据权利要求1-7任一所述的光束近场整形方法，其特征在于，所述光学滤波系统为4f滤波系统。