[发明专利]一种无序子结构长周期光栅及设计方法

说明书

本发明公开了一种无序子结构长周期光栅，包括阵列排布在基体上的无序子结构长周期；无序子结构长周期由子结构单元阵列排布构成，子结构单元为按照选定的旋转方向以及按照在旋转角度集合中选定的旋转角度进行旋转后的基本单元，还公开了一种无序子结构长周期光栅的设计方法，选定基本单元；设定旋转变换参数；设定无序子结构长周期；无序子结构长周期在基体上阵列排布得到无序子结构长周期光栅。本发明能继承有序结构优点的同时，在带宽和角度等方面有更强的控制能力。

技术领域

本发明涉及光栅设计技术领域，具体涉及一种无序子结构长周期光栅，还涉及一种无序子结构长周期光栅的设计方法。适用于光谱学、集成光电器件、通信、传感、液晶面板、太阳能电池和原子能等方面。

背景技术

表面光学结构如光栅、光子晶体以及其它有序和无序的光学结构等可以调节入射光、反射光和衍射光的带宽、偏振、角度和谐振等方面的性能，从而实现光耦合、光脉冲整形、光滤波、光栅反射器、光抗反射器、光吸收器和光谐振器等功能，在光谱学、集成光电器件、通信、传感、液晶面板、太阳能电池和原子能等方面具有广泛应用。

表面光学结构从外在特征来看可分为三类：第一类由有序结构周期性排列而成，如光栅和光子晶体等；第二类是随机无序的表面结构；第三种是结合整体有序和局部无序的混合结构，即无序子结构的长周期光栅。有序周期结构设计容易且制作工艺相对成熟，但存在角度谱和带宽有限等问题。无序结构由于结构的复杂性和随机性，散射的角度和光谱频率范围通常都较大，但无序结构不仅具体光调控机理尚不明确，还在如何设计无序结构，设计什么样的无序结构，怎样有效的精准按照设计制作等方面均存在较大困难。混合结构则有望在保持周期有序结构优点的同时，获得无序结构在带宽和角度等方面更强的操控能力，从而同时具有这两者的优点。

然而，在目前设计混合结构的方法中，设计无序子结构时常常需要首先设计或选定出具有特定限制的多个基本单元，然后利用这些结构的出现随机性组成。这样的混合结构设计过程比较复杂，设计难度也很高。所以，截止到目前仍没有一套简单实用且行之有效的设计方法。本申请提出了只以一种(或少数几种)基本单元为基础，通过随机旋转变换成为多个子结构单元，再由这些子结构单元组成具有局部无序性的长周期光栅的设计方法。可见，本申请所述的设计方法中无序子结构均可由一种(或少数几种)基本单元旋转变换得到，相比较而言，本申请中的设计方法更为方便实用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种无序子结构长周期光栅，还提供一种无序子结构长周期光栅的设计方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种无序子结构长周期光栅，包括阵列排布在基体上的无序子结构长周期；

无序子结构长周期由子结构单元阵列排布构成，

子结构单元为按照选定的旋转方向以及按照在旋转角度集合中选定的旋转角度进行旋转后的基本单元，

基本单元为具备设定厚度的平面构件，基本单元为旋转对称结构，角度α为基本单元的最小对称旋转角，0α2π，

旋转方向包括顺时针和逆时针方向，

旋转角度集合中的旋转角度为θ_i，θ_i∈{θ₁～θ_n}，0≤θ_iα，n为正整数。

如上所述的无序子结构长周期由子结构单元以正方阵列排布构成或者无序子结构长周期由子结构单元以菱形阵列排布构成。

一种无序子结构长周期光栅的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、选定基本单元：