[發(fā)明專利]一種基于導模共振亞波長光柵編碼的光束近場整形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010050997.7
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111240012B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾發(fā);代萬俊;張曉璐;薛嶠;李森;田曉琳;宗兆玉;龍蛟;梁樾;趙軍普;張君
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/09
• 代理公司: 北京同輝知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

1.一種基于導模共振亞波長光柵編碼的光束近場整形方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：在光束的傳輸光路中離軸放置光柵編碼器件，根據(jù)整形光束的期望輸出，對光柵編碼器件進行編碼，光束經(jīng)光柵編碼器件透射后分束為0級衍射光束和-1級衍射光束，其中，0級衍射光束為整形光束的期望輸出，所述光束為線偏振光；

S2：所述0級衍射光束經(jīng)過光學濾波系統(tǒng)濾除高頻分量，實現(xiàn)對光束的近場整形。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束近場整形方法，其特征在于，光柵編碼器件包括基底以及位于基底上的多個光柵，所述光柵為矩形光柵，且光柵背脊區(qū)域與基底采用相同的介質(zhì)材料制得。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光束近場整形方法，其特征在于，步驟S1中，為保證光束經(jīng)過光柵編碼器件透射后，僅存在0、-1級兩個衍射級次，則光束入射至光柵的入射角需滿足：

λ為光束波長，其中，d＝b+g，d表示光柵周期，b表示單個光柵背脊區(qū)域?qū)挾龋琯表示單個光柵凹槽區(qū)域?qū)挾?，?.5λd1.5λ。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光束近場整形方法，其特征在于，在不同占空比f條件下，光束中的TE偏振分量始終存在兩個導模，則：

其中，k₀＝2π/λ，n_b、n_g分別表示光柵脊背、溝槽區(qū)域的折射率，所對應的模式為導模，存在的兩個導模對應的等效折射率記為

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光束近場整形方法，其特征在于，當TE偏振分量中兩個導模經(jīng)過光柵傳播后累積的相位差滿足公式：

h表示光柵凹槽深度，此時，導模干涉相消，光束TE偏振分量所對應導模被完全耦合至-1級衍射光束中，即TE偏振分量的0級衍射效率為0。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光束近場整形方法，其特征在于，步驟S1中，采用面積編碼方式對光柵編碼器件進行編碼，包括以下步驟：

(1)將光束的空間光強分布、光束的期望輸出分別記為Iin(x,y)、Iout(x,y)，對于Iin(x,y)0的有效區(qū)域，光柵編碼器件的0級衍射光束透過率分布設(shè)計目標為：Itar(x,y)＝Iout(x,y)/Iin(x,y)，對Itar(x,y)進行歸一化，記為Inorm(x,y)；

(2)將光柵編碼器件劃分為M×N個子區(qū)域，光柵編碼器件的面積編碼設(shè)計目標S(i,j)，1≤i≤M，1≤j≤N，則S(i,j)/(Δx×Δy)＝1-mean[Inorm(x,y)]，(i-1)×Δx≤i×Δx，(j-1)×Δy≤j×Δy，Δx和Δy分別表示子區(qū)域尺寸，mean()函數(shù)表示取均值運算。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光束近場整形方法，其特征在于，步驟S1中，采用光柵刻蝕角度編碼方式對光柵編碼器件進行編碼，-1級衍射光束沿著某個錐面出射，包括以下步驟：

(1)設(shè)定光柵柵線方向、光柵柵條方向、光柵法線方向分別為x、y、z軸，光束入射方向與x-z平面夾角為φ，光束入射方向與z軸夾角為光束的電場分量與入射面夾角采用嚴格耦合波理論計算不同編碼角度φ值下0級衍射光束對應的衍射效率，φ∈[0°,90°]，建立編碼角度與衍射效率間的歸一化映射曲線ηnorm(φ)，0≤η≤1；

(2)將光束的空間光強分布、光束的期望輸出分別記為Iin(x,y)、Iout(x,y)，對于Iin(x,y)0的有效區(qū)域，光柵編碼器件的0級衍射光束透過率分布設(shè)計目標為：Itar(x,y)＝Iout(x,y)/Iin(x,y)，對Itar(x,y)進行歸一化，記為Inorm(x,y)；

(3)將光柵編碼器件劃分為M×N個子區(qū)域，光柵編碼器件的角度編碼設(shè)計目標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分別表示子區(qū)域沿x、y方向的寬度，mean()函數(shù)表示取均值運算。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的光束近場整形方法，其特征在于，所述光學濾波系統(tǒng)為4f濾波系統(tǒng)。