[發明專利]一種雙頻極化光柵的設計方法

有效

• 申請號: 201711459845.7
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN109980358B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 張峰;黃梅;宋紹棟
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: H01Q15/24
• 分類號: H01Q15/24
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 李東斌

1.一種雙頻極化光柵的設計方法，其特征在于：該方法具體包括如下步驟：

步驟1、根據加工的難度，以及A頻率和B頻率的極化光柵的周期可取值范圍，合理選擇光柵槽紋周期；

光柵槽紋為正弦函數，其主要由周期p和深度d所確定，其中周期p要求小于λ/(1+sinθcosФ)，其中，λ為入射波的波長，θ為入射波的入射角度，Ф是極化光柵的旋轉角度；

根據加工的難度，以及綜合A頻率和B頻率的極化光柵的周期可取值范圍，合理選擇光柵槽紋p；

A頻率和B頻率的極化光柵的槽紋周期設定為同一個值；

步驟2、通過掃描槽紋光柵深度尋找滿足旋轉角和橢圓率的相位差，從而確定A頻率和B頻率的線極化光柵和橢圓極化光柵的槽紋深度；

步驟2.1、根據線極化光柵和橢圓極化光柵對相位差的要求，分別確定A頻率和B頻率的單頻率極化光柵參數槽紋周期和槽紋深度，橢圓極化光柵的參數槽紋周期和槽紋深度；

步驟2.2、A頻率的線極化光柵和B頻率的橢圓極化光柵共用一個極化光柵；A頻率的橢圓極化光柵和B頻率的線極化光柵共用一個極化光柵；

步驟2.3、對接近的兩個槽紋深度參數，以一定的步長進行掃描，并通過最優參數獲得兩個不同的極化光柵；

步驟3、A頻率線極化光柵和B頻率橢圓極化光柵的深度參數接近并共用一個極化光柵；A頻率橢圓極化光柵和B頻率線極化光柵的深度參數接近并共用另一個極化光柵，通過對上述兩個極化光柵的深度參數優化即可獲得滿足A頻率和B頻率的雙頻極化光柵。

2.根據權利要求1所述的一種雙頻極化光柵的設計方法，其特征在于：所述的步驟2具體包括：

線極化光柵要求旋轉角α的取值為-90°≤α≤90°，而橢圓角β盡可能的小；對于橢圓極化光柵，要求橢圓角β的取值為-45°≤β≤45°；根據旋轉角和橢圓率與相位差的關系，

tan2α＝tan2γcosδ

sin2β＝sin2γsinδ

其中：δ為相位差，γ為類TE模和類TM模的電場分量之間的夾角；

通過掃描槽紋光柵深度d尋找滿足上述旋轉角和橢圓角關系要求的相位差，從而確定A頻率和B頻率的線極化光柵和橢圓極化光柵的槽紋深度d。

3.根據權利要求1所述的一種雙頻極化光柵的設計方法，其特征在于：所述的步驟2.1具體包括：

入射波和反射波之間的關系如下：

tan2α＝tan2γcosδ (2)

sin2β＝sin2γsinδ (3)

設入射波是一個線極化波，其電場為(E_xi,E_yi)＝(1,0)，那么將其代入式(1)可得：

聯合等式(2),式(3)和式(4)，可以得到γ的表達式為：

根據線極化器對于τ的取值要求；線極化要求旋轉角α在-90°到90°之間變化，而橢圓角β的變化盡可能的小，因此要求或δ≈nπ(n為整數)；將其代入式(5)中可知，

tan²(2ξ)cos²(τ/2)≈0 (6)

上式成立的條件是τ≈(2m+1)π(m為整數)；又因為τ的取值范圍為[0 2π],因此τ的取值在π附近；

橢圓極化光柵對于τ的取值要求，對于橢圓極化光柵，要求β能夠在-45°到45°之間變化，因此且cos(2ξ)sin(τ/2)＝0(n為整數)，代入上式可知：

sin²(2ξ)sin²(τ/2)≈1/2

滿足上式的條件為ξ＝(2n+1)π/4且τ≈(2m+1)π/2(n和m為整數)；由ξ的定義可知，當tanΦ＝±1/cosθ時，ξ＝(2n+1)π/4成立；又τ的取值范圍為[0 2π]，因此對于橢圓極化光柵，要求在tanΦ＝±1/cosθ處τ的取值約為π/2或3π/2；根據線極化光柵和橢圓極化光柵對相位差的要求來確定A頻率單頻線極化光柵參數槽紋周期p1和槽紋深度dA1，橢圓極化光柵的參數槽紋周期pA2和槽紋深度dA2和dA3；B頻率的單頻線極化光柵參數槽紋周期pB1和槽紋深度dB1，橢圓極化光柵的參數槽紋周期pB2和槽紋深度dB2和dB3。