[发明专利]一种偏振衍射光栅结构

摘要

本发明公开了一种偏振衍射光栅结构，包括基底层、光栅层，其特征在于：光栅层的各块状区域栅条方向、周期、占空比不同；光栅层位于基底层上方，需经过曝光、显影、刻蚀形成光栅层；本发明可以克服传统偏振衍射光栅参数调整只有一个自由度的缺点，从三个自由度来控制光栅透射光的分布，以达到任意光束的分束/合束功能，其理论分/合束效率达99％，且光栅器件的体积小，可应用在抗反射器、相干偏振合束、测量Stokes参量、生物成像和光通信等领域。

主权项

1.一种偏振衍射光栅结构，包括光栅层和基底层，其特征在于：所述基底层是单晶硅，所述光栅层是与基底层折射率相同的介电材料，通过曝光、显影和刻蚀制作在基底层上；所述光栅层是占空比可变光栅结构或周期可变光栅结构，由多个长方形块状光栅区域平直对齐拼成，相邻各块状光栅区域内的栅条方向不同，每个块状光栅区域的光栅结构为二元型；长方形块数根据相位偏角变化值确定，各块相位偏角数越小，长方形块数越多；所述占空比可变光栅结构是各块状区域光栅的周期不变，占空比和方向角变化；所述周期可变光栅结构是各块状区域光栅的占空比不变，周期和方向角变化；所述光栅等效参数包括光栅周期、占空比和方向角，采用严格耦合波方法RCWA计算如下：(1)可变占空比结构参数计算光栅周期Λ的下限由加工精度限定，上限由亚波长工作要求限定；一般取波长的0.4倍为光栅周期；光栅方向角等于光栅等效为波片后的波片快轴方位角光栅占空比F计算由如下两式联立求解：Γ＝eλz   (1)其中ρx为光波在x方向的振幅分量，ρy为光波在y方向的振幅分量；x轴方向为快轴，其垂直于各栅条，y轴平行于各栅条；θx为光波在x方向的初始相位角，θy为光波在y方向的初始相位角；这4个参数由入射光的方向和本光栅结构确定；Γ为相位延迟，指光栅对两个互相正交的偏振分量产生的相位偏移；其中，式(1)中的λ为以下矩阵的特征值：上式中，u_r为光栅层的相对磁导率，ε_r为光栅层的相对介电常数，θ为入射光与z轴方向的夹角，φ为入射光在光栅面的投影与水平x轴方向的夹角；Ω由麦克斯韦方程组求得；(2)可变周期结构参数计算：光栅占空比F取值范围是0到1，其下限由加工精度限定，太小加工不出来，一般取0.6；光栅方向角等于光栅等效为波片后的波片快轴方位角光栅周期由如下两式联立求解：Γ＝eλz   (3)；其中(3)式中的λ为以下矩阵的特征值：u_r为光栅层的相对磁导率，ε_r为光栅层的相对介电常数，θ为入射光与z轴方向的夹角，φ为入射光在光栅面的投影与x轴方向的夹角。