[发明专利]微结构准相位匹配实现多维目标波导光栅和体光栅的制备方法

摘要

微结构准相位匹配实现多维目标波导光栅和体光栅的制备方法，以普通波导光栅作为种子光栅，在此基础上形成二维或者三维的折射率调制的取样结构即取样光栅；该取样结构取样光栅含有多个影子光栅，选择其中一个影子光栅作为目标等效光栅；在经过取样后的光栅包含很多级次的傅立叶分量即影子光栅，对应的光栅波矢为，所有的这些影子光栅的光栅形貌由改变取样结构而改变；当种子光栅波矢和所需要的二维或者三维光栅波矢之间不匹配情况下，则采用取样结构傅立叶分量中某一傅立叶周期性结构分量来补偿他们之间波矢的不匹配，本发明可应用在具有任意光栅形貌的多维目标波导光栅和体光栅的设计与制造，可简化光栅制作工艺，同时实现当前各种基于光栅的光子器件。

主权项

1.一种微结构准相位匹配实现多维目标波导光栅和体光栅的制备方法，在物理可实现情况下，实现任意条纹形貌的二维波导光栅或者三维体光栅作为目标光栅的制备，其特征是以普通波导光栅作为种子光栅，一般该种子光栅为均匀波导光栅，光栅周期一般在50-1000纳米之间；并在此基础上形成二维或者三维的折射率调制的取样结构即取样光栅；该取样光栅含有多个影子光栅，选择其中一个影子光栅作为目标等效光栅；种子光栅波矢是                                                ，那么光波矢和种子光栅波矢之间的波矢差为（1）均匀种子光栅和所述任意的取样结构的取样光栅折射率调制可以表示为     （2）其中是取样图案，是种子光栅的折射调制幅度；是空间位置矢量；对（2）式进行傅立叶分析可以得到（3）其中j表示虚数，是取样周期性结构不同傅立叶级次的光栅波矢；是种子光栅的光栅波矢，，是种子光栅周期，是种子光栅方向；是傅立叶系数，n表示傅立叶的级次，代表了所有二维或者三维取样光栅的所有傅立叶分量，即所有影子光栅； 根据式（3），在经过取样后的光栅包含很多级次的傅立叶分量即影子光栅，对应的光栅波矢为，所有的这些影子光栅的光栅形貌由改变取样结构而改变；不同级次的影子光栅波矢是种子光栅的光栅波矢和取样结构不同傅立叶级次子光栅波矢的矢量和，根据公式（3）表示为，即目标等效光栅波矢；（4）使该目标等效光栅波矢等于目标光栅的波矢，即；为种子光栅波矢， 为目标取样结构傅立叶子光栅的波矢，为即目标光栅的波矢，目标等效光栅波矢通过取样结构的图案改变：改变取样结构的周期分布则可以改变波矢，以此等效实现所需要的任意的目标光栅形貌；就是当种子光栅波矢和所需要的二维或者三维光栅波矢之间不匹配情况下，则采用取样结构傅立叶分量中某一傅立叶周期性结构分量，即目标取样结构的傅立叶子光栅的波矢来补偿他们之间波矢的不匹配，即通过额外的目标取样结构的周期性调制使光学传输过程中相位差为零，及实现如下的位相匹配（5）根据式（3），取样光栅的相位也是一个空间的函数，对于影子光栅的相位变化，表示成为（6）如果取样结构有一个相移，并且空间移动量为，那么取样结构的傅立叶子光栅也会产生一个相移量，对应的影子光栅的相位可以表示成为（7）这样在取样光栅的傅立叶子光栅中等效地引入一个相移，相移量为；如果希望种子光栅是均匀的，则，这样一个为相移量被引入到该取样光栅的第n级影子光栅中；在取样光栅结构中，通过一个取样周期内的取样的图案或形状即占空比来改变目标等效光栅的折射率调制强度以及切趾，即改变傅立叶系数；二维情况下，通过改变取样形状使目标等效光栅的折射率调制强度改变，该目标等效光栅的最大折射率调制强度对应的取样具体形状可以通过傅立叶分析获得。