[发明专利]一种全介质偏振分束超材料器件及其参数计算方法

权利要求书

1.一种全介质偏振分束超材料器件的参数计算方法，其特征在于，确定光栅的周期，使得其只有0级衍射和-1级衍射；基于亥姆霍兹方程，得到光栅区域中太赫兹波衍射的本征方程；对该本征方程求解，得到光栅中传播的前两个布洛赫模式的等效折射率；基于马赫曾德干涉仪原理，得到这两个布洛赫模式的衍射效率与光栅深度的近似函数关系；给定占空比，得到光栅0级或-1级衍射效率达到最大时的光栅深度。

2.根据权利要求1所述的全介质偏振分束超材料器件的参数计算方法，其特征在于，在确定光栅周期后，分别计算横磁波、横电波的各级次衍射效率的解析解；设h_max,TM为给定占空比下，横磁波0级或-1级衍射效率达到最大所需的光栅深度，设h_max,TE为给定占空比下，横电波0级或-1级衍射效率达到最大所需的光栅深度；优化占空比，使得h_max,TE＝2h_max,TM或h_max,TM＝2h_max,TE。

3.根据权利要求2所述的全介质偏振分束超材料器件的参数计算方法，其特征在于，采用COMSOL软件的扫描参数功能对参数进行调整优化。

4.根据权利要求1所述的全介质偏振分束超材料器件的参数计算方法，其特征在于，光栅中传播的前两个布洛赫模式的衍射效率与光栅深度的近似函数关系为：

其中

式中：

h_max是两个布洛赫模式衍射积累的相位差达到π时的光栅深度；

h为光栅的深度；

为第一个布洛赫模式的等效折射率；

为第二个布洛赫模式的等效折射率；

λ为入射太赫兹波的波长；

η_0T(h)为0级衍射光的衍射效率；

η_-1T(h)为-1级衍射光的衍射效率。

5.一种利用权利要求1至4任一所述的全介质偏振分束超材料器件的参数计算方法设计的全介质偏振分束超材料器件，其特征在于，包括基底层和光栅层，工作波长为300～500μm，光栅周期为210～350μm；占空比为20％～50％，光栅深度为160～300μm，光栅层的长度和宽度均大于入射光的光斑半径。

6.根据权利要求5所述的全介质偏振分束超材料器件，其特征在于，所述基底层和所述光栅层的材料均为高阻硅。

7.根据权利要求6所述的全介质偏振分束超材料器件，其特征在于，工作波长为375μm，光栅周期为260μm；占空比为22.5％，光栅深度为210μm。

8.根据权利要求7所述的全介质偏振分束超材料器件，其特征在于，光栅层的长度为50个光栅周期。

9.根据权利要求7所述的全介质偏振分束超材料器件，其特征在于，光栅层的宽度为50个光栅周期。