亞波長光柵的模態特性與衍射效率及其應用

唐元開,王正嶺,劉清雅

(江蘇大學 理學院,江蘇 鎮江　212013)

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亞波長光柵的模態特性與衍射效率及其應用

唐元開,王正嶺,劉清雅

(江蘇大學 理學院,江蘇 鎮江212013)

摘要采用模態理論研究了TE偏振與TM偏振入射光在一維亞波長光柵區域的模式特性,分析了不同傳播模態的有效折射率及其差值與入射條件、光柵周期、光柵深度及光柵填充比之間的關系,使用干涉法得到了在考慮光柵凹槽深度的情況下兩種模態的光柵衍射效率。應用亞波長光柵的模式特性與光柵衍射效率設計了一種偏振分束器,其特性是在利特羅入射的條件下,單色光波在0級衍射處為TM偏振,在-1級處為TE偏振。

關鍵詞亞波長光柵;模態理論;有效折射率;衍射效率;偏振分束器

Mode Properties and Diffraction Efficiency of Subwavelength Grating and Their Applications

TANG Yuankai,WANG Zhengling,LIU Qingya

(School of Science,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)

AbstractMode properties of the subwavelength grating is investigated by the modal method with the TE (or TM)-polarized incident wave in the grating region.The relations between the effective index of different propagation modes and other parameters (the condition of incident,periodicity,depth and fill factor of grating) are also studied.The diffraction efficiencies of two modes are obtained by the interference method.Then,a polarizing beam splitter is designed successfully for all TM-polarized light to propagate in the 0th transmitted order and for all TE-polarized light to propagate in the -1st order with the Littrow-mounting incidence.

Keywordssubwavelength grating;modal method;effective index;diffraction efficiency;polarizing beam splitter

亞波長光柵是微納光學的一個重要分支,這種光柵的周期小于入射波長,這也是其與普通光柵的不同之處[1-3]。由于亞波長光柵的結構尺度很小,光柵凹槽深度與結構周期相比不再小到可以忽略不計,所以在計算亞波長光柵性質時必須考慮到光柵凹槽的深度。2008年,X.H.Hu 等人提出了一種利用亞波長金屬光柵實現中紅外光子探測器的方案[4]。2009年,J.J.Zheng 等人提出了一種雙層介質傳輸光柵偏振分束器的方案[5]。2010年,R.L.Chern等人提出了一種利用亞波長金屬光柵來實現異常光吸收的方案[6]。2011年,M.G.Harats等人提出了一種利用亞波長金屬光柵來實現增強雙光子過程的方案[7]。2013年,T.Saastamoinen等人提出了一種利用亞波長金屬光柵來實現空間相干的方案[8]。……