亚波长石英偏振分束光栅优化设计与特性分析

"该文主要讨论了亚波长偏振分束光栅的优化设计，通过模态法和严格耦合波法，针对矩形石英光栅进行研究，以实现最佳的偏振分束效果。文章指出，在特定光栅周期条件下，石英光栅能有效地将TM和TE偏振光分别衍射到不同的透射光束中，具有高衍射效率和透射消光比，适用于光学系统的小型化和集成化需求。" 本文详细介绍了亚波长偏振分束光栅的设计与优化，特别关注了矩形石英光栅在偏振光分束应用中的潜力。偏振分束器是光学系统中的关键组件，广泛应用于光学测量、液晶显示、光纤通信和谐波转换等领域。传统偏振光分束器如双折射晶体和多层介质膜存在体积大、效率低、易损伤等问题，不能满足现代光学系统的需求。 研究者采用模态法和严格耦合波法，这两种计算方法在光栅光学中是非常常见的，用于分析光在光栅结构中的传播和相互作用。他们发现在光栅周期约为0.61μm时，TM偏振光的两低阶模折射率差接近于零，而TE偏振光的两低阶传输模存在较大折射率差，这种特性使得石英光栅能够高效地将不同偏振态的光分开。具体来说，TM偏振光主要被衍射到0级透射光束，而TE偏振光则被衍射到-1级。 对于1.053μm和1.064μm的波长，经过优化设计的光栅在-1级和0级的透射衍射效率分别超过99%和90%，同时，透射消光比也达到了28dB和23dB，这意味着具有非常高的光束分离能力和低的反射，这对偏振光分束器的性能至关重要。 相比于金属亚波长光栅，石英光栅具有更低的吸收系数和更好的热稳定性，因此在强激光系统中具有更高的抗损伤能力。这使得熔融石英成为制造偏振光分束器的理想材料，特别是在需要高效率、小型化和高稳定性的应用中。 这篇论文提供了亚波长偏振分束光栅设计的深入理解，不仅探讨了石英光栅的偏振分束特性，还展示了优化设计的策略和潜在应用，对于推动光学器件的创新和发展具有重要意义。通过这些研究成果，我们可以预见未来光学系统中可能出现更高效、更小型化的偏振光分束解决方案。