[发明专利]亚波长体光栅偏振合束方法、亚波长体光栅及其设计方法

权利要求书

1.一种亚波长体光栅偏振合束方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定亚波长体光栅的材料；

根据模式法分析得到亚波长体光栅中传输的两个TE模式和两个TM模式，并计算亚波长体光栅中传输的两个TE模式之间的相位差和两个TM模式之间的相位差；

结合亚波长体光栅的衍射方程，调整亚波长体光栅中传输的两个TE模式之间的相位差和两个TM模式之间的相位差，控制TE偏振入射光和TM偏振入射光通过所述亚波长体光栅产生的衍射级次的能量分布，以推导得到所述亚波长体光栅的周期、厚度和占空比，使得TE偏振入射光和TM偏振入射光通过所述亚波长体光栅后分别只产生一个衍射级次，且TE偏振入射光和TM偏振入射光的衍射方向相同；

根据周期、厚度和占空比制备所述亚波长体光栅；

待合束的两束偏振方向正交的光入射到所述亚波长体光栅上，TE偏振入射光和TM偏振入射光分别只产生一个衍射级次，且衍射方向相同，以实现对TE偏振入射光和TM偏振入射光的偏振合束；

其中，所述TE偏振入射光和所述TM偏振入射光的波长相同。

2.如权利要求1所述的亚波长体光栅偏振合束方法，其特征在于，

模式法分析方式如下：

k₀＝2π/λ (4)；

其中，d表示所述亚波长体光栅的周期，θ_in表示入射角，b表示所述亚波长体光栅的光栅脊宽度，g表示所述亚波长体光栅的光栅槽宽度，k₀表示入射光的波矢，k_b表示光在光栅脊中的波矢，k_g表示光在光栅槽中的波矢，n_b表示光栅脊的折射率，n_g表示光栅槽的折射率；

根据模式法分析得到亚波长体光栅中传输的两个TE模式的有效折射率和两个TM模式的有效折射率和

并分别根据所述两个TE模式的有效折射率和所述两个TM模式的有效折射率计算亚波长体光栅中传输的两个TE模式之间的相位差和两个TM模式之间的相位差。

3.如权利要求2所述的亚波长体光栅偏振合束方法，其特征在于，

亚波长体光栅中传输的两个TE模式之间的相位差计算公式如下：

其中，k₀表示入射光的波矢，h表示所述亚波长体光栅的厚度；

当时，光栅中两个TE模式相互耦合，使所述亚波长体光栅0级和-1级的衍射效率为：

表示对于TE偏振入射光，亚波长体光栅只有-1级衍射光，衍射光的能量被控制在一个衍射级上；

亚波长体光栅中传输的两个TM模式之间的相位差计算公式如下：

其中，k₀表示入射光的波矢，h表示所述亚波长体光栅的厚度；

当时，光栅中两个TM模式相互耦合，使所述亚波长体光栅0级和-1级的衍射效率为：

表示对于TM偏振入射光，亚波长体光栅只有0级衍射光，衍射光的能量被控制在一个衍射级上。

4.如权利要求1所述的亚波长体光栅偏振合束方法，其特征在于，

光栅衍射方程如下：

其中，θ_m表示衍射角，θ_in表示入射角，m表示所述亚波长体光栅的衍射级次，衍射λ表示入射光的波长，d表示所述亚波长体光栅的周期。

5.如权利要求3所述的亚波长体光栅偏振合束方法，其特征在于，实现对TE偏振入射光和TM偏振入射光的偏振合束，合束效率的计算公式为：