The invention discloses a beam splitter based on aperiodic sub-wavelength grating and a design method thereof, which belongs to the field of Optoelectronics technology. The method includes establishing a three-dimensional coordinate system, forming an aperiodic grating basic unit through one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional gratings, and periodically extending the grating basic unit to form an optical beam splitter with two deflection angles. The invention can realize beam splitting in the vertical direction, and only divide the power beam, so that the sub-beam splitting can still maintain the form of incident light; the grating basic unit composed of grating block structure can be arranged periodically to form any one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional grating, which has infinite continuity.
【技术实现步骤摘要】
基于非周期亚波长光栅的光分束器及其设计方法
本专利技术属于光电子
,特别涉及一种基于非周期亚波长光栅的光分束器及其设计方法。
技术介绍
随着信息时代的不断发展,光电子器件及光学系统的微纳化、集成化成为人们不断追求的目标。光学器件的亚波长结构因其独特的几何特性所带来的独特的光学特性引起了人们广泛的关注,各种性能优异的亚波长光学器件极大地推动了光电子学向微纳化、集成化发展。具有独特优良特性的光分束器也是光电子学领域重要的器件之一。亚波长结构的光学器件,以亚波长光栅为典型代表,以其优异的光束控制特性和简单的平面化的几何结构特性,在光电子系统中不断地得到发展和应用。例如,亚波长光栅作为高反射镜集成在激光器和光探测器中,也被设计成光偏转、汇聚镜等。为了满足日益发展的光电子系统对各种微型化、集成化的光电子器件的需求,各个关键光学器件的微型化、易集成化和高性能都是近年来光电子器件研究的重要方向。经典光分束器利用半透明镜面实现透射光和反射光的分束;波导型分束器利用平面波导可以实现平面上的分束;基于亚波长光栅的分束器能实现垂直方向上光的分束,但一般亚波长光栅分束器是利用偏转光栅将两部分光分别向两个方向偏转,不能保持入射光的整体形态,虽然可以实现功率分束,但会劈裂入射光斑形态。
技术实现思路
为了实现垂直方向上光的分束,并且仅为功率分束,使子分束光仍能维持为入射光的形态,本专利技术提出一种基于非周期亚波长光栅的光分束器及其设计方法。本专利技术提供一种基于非周期亚波长光栅的光分束器设计方法,具体包括如下步骤:步骤一、建立三维坐标系。在平面介质底座上建立三维坐标系oxyz,其中 ...
【技术保护点】
1.基于非周期亚波长光栅的光分束器的设计方法,其特征在于:所述设计方法包括如下步骤,步骤一、建立三维坐标系;在平面介质底座上建立三维坐标系oxyz,其中,x轴和y轴位于平面介质底座所在平面内,x轴水平向右,z轴满足右手定则;步骤二、构建光栅基本单元;如是一维光栅,则选取能实现高透射或者高反射的光栅条,在x轴维度上设计光栅条的排列规则,并区分为A组和B组;如是二维光栅或者三维光栅,则选取能实现高透射或者高反射的光栅块,在x轴和y轴两个维度上设计光栅块的排列规则,光栅块的高度相同或不完全相同,并区分为A组和B组;A组和B组构成能形成使光束在相应维度上沿着两个任意偏转角度θ1和θ2分束的非周期光栅基本单元;在某一维度上,给定θ1、θ2和η后,求解光栅条或光栅块的周期,得到光栅基本单元;步骤三、将光栅基本单元进行周期性地延拓,形成光分束器;将光栅基本单元沿着一维光栅、二维光栅或者三维光栅进行周期性延拓,再根据偏转相位规则,选择各光栅条或光栅块的占空比,获取使光束偏转的相位分布,最终设计完成所述的光分束器,并且任意两个同一维度上的以延拓周期为间距的光栅条或光栅块在各偏转方向上的光程差为波长的整数 ...
【技术特征摘要】
1.基于非周期亚波长光栅的光分束器的设计方法,其特征在于:所述设计方法包括如下步骤,步骤一、建立三维坐标系;在平面介质底座上建立三维坐标系oxyz,其中,x轴和y轴位于平面介质底座所在平面内,x轴水平向右,z轴满足右手定则;步骤二、构建光栅基本单元;如是一维光栅,则选取能实现高透射或者高反射的光栅条,在x轴维度上设计光栅条的排列规则,并区分为A组和B组;如是二维光栅或者三维光栅,则选取能实现高透射或者高反射的光栅块,在x轴和y轴两个维度上设计光栅块的排列规则,光栅块的高度相同或不完全相同,并区分为A组和B组;A组和B组构成能形成使光束在相应维度上沿着两个任意偏转角度θ1和θ2分束的非周期光栅基本单元;在某一维度上,给定θ1、θ2和η后,求解光栅条或光栅块的周期,得到光栅基本单元;步骤三、将光栅基本单元进行周期性地延拓,形成光分束器;将光栅基本单元沿着一维光栅、二维光栅或者三维光栅进行周期性延拓,再根据偏转相位规则,选择各光栅条或光栅块的占空比,获取使光束偏转的相位分布,最终设计完成所述的光分束器,并且任意两个同一维度上的以延拓周期为间距的光栅条或光栅块在各偏转方向上的光程差为波长的整数倍,即满足整数波带法。2.根据权利要求1所述的基于非周期亚波长光栅的光分束器的设计方法,其特征在于:步骤二中所述的光栅条或光栅块的周期,通过如下方程组(1)求得,其中,a和b为任意正整数,i和...
【专利技术属性】
技术研发人员:段晓峰,李宫清,张帅,陶晋明,黄永清,刘凯,
申请(专利权)人:北京邮电大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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