[发明专利]亚波长金属偏振分束光栅的优化设计方法

摘要

本发明提出一种亚波长金属偏振分束光栅的优化设计方法，可有效解决亚波长偏振分束光栅的参数确定问题。首先根据亚波长光栅的周期条件，确定光栅周期Λ。然后，采用有效介质理论确定TE偏振和TM偏振的有效折射率与光栅占宽比的变化关系，并根据所需的有效折射率确定光栅占宽比f。最后，根据薄膜光学抗反射的1/4波长匹配原理确定光栅刻槽深度h。本发明提供了一种设计亚波长金属分束光栅的优化方法，解决了设计中的多光栅参数组合选优问题，提高了设计的科学性、可靠性和快捷性。

主权项

1、亚波长金属偏振分束光栅的优化设计方法，所述方法利用有效介质理论和薄膜光学的抗反射原理解决光栅最佳参数的确定问题，实现TE偏振和TM偏振的分束，方法具体包括以下步骤：(1)确定光栅周期Λ：根据亚波长光栅的周期条件A≤λ₀/10，确定工作波长λ₀时的光栅周期Λ；(2)采用薄膜光学抗反射设计方法计算TM偏振最大透射时所需的有效折射率：TM偏振最大透射所需的有效折射率n=n1n2,]]>其中n₁为入射层折射率，n₂为光栅基底层折射率；(3)采用有效介质理论确定TE偏振和TM偏振有效折射率与光栅占宽比的变化关系，并根据第(2)步确定的有效折射率确定光栅的占宽比f：根据有效介质理论，TE偏振光与TM偏振光在光栅层的有效折射率分别表示为：n||=fnr2+(1-f)ng2---(1)]]>n⊥=1fnr-2+(1-f)ng-2---(2)]]>其中f为光栅占宽比，即线宽与周期之比，n_r＝n′_r+k′_ri和n_g＝n′_g+k′_gi分别为光栅脊和光栅槽的复折射率，n′与k′分别为复折射率的实部和虚部，利用(1)式和(2)式可确定TE偏振和TM偏振有效折射率与光栅占宽比的变化关系图谱，并根据第(2)步确定的有效折射率n′_⊥＝n，从关系图谱中得出光栅的占宽比f；(4)根据薄膜光学抗反射的1/4波长匹配原理确定光栅刻槽深度h：nh＝λ₀/4                        (3)式中：h为光栅刻槽深度，n为TM偏振光在光栅层的有效折射率，由步骤(2)确定，λ₀为工作波长。