线偏光闪耀反射光栅衍射特性研究

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1、第39卷第2期光子学报Vo1．39NO．22010年2月ACTAPHOTONICASINICAFebruary2010文章编号：1004—4213(2010)02—0219-4线偏光闪耀反射光栅衍射特性研究*李淑萍，朱京平，李斌，唐天同(西安交通大学电子与信息工程学院陕西省信息光子技术重点实验室，西安710049)摘要：通过数值方法对线偏光在Littrow装置中的理想导体闪耀光栅的偏振特性进行研究．用时域有限差分程序计算出任意偏振方向线偏光经过闪耀光栅衍射后的电磁场分布，提取衍射波的s偏振和P偏振分量，讨论了与光栅闪耀角和入射光波偏振角的关系．分析了在1530～1570nm光谱范围

2、内，入射光波为线偏振波和园偏振波时，衍射光波的偏振色散特性与光栅闪耀角的关系，并给出了存在偏振色散的光栅闪耀角范围．这些分析和结果对工程设计具有一定的指导意义．关键词：衍射；偏振特性；闪耀反射光栅；时域有限差分法中图分类号：O436．3文献标识码：Adoi：10．3788／gzxb2O1O39O2．02190引言1数值模型和衍射光的偏振态波分复用(WavelengthDivisionMultiplex，假设三角形闪耀光栅顶角90。，方向无穷延伸WDM)技术是解决宽带、大容量光纤通信的一种有且满足Floquet边界条件(PeriodicBoundary效办法，波分复用／解复用器件是W

3、DM系统的关Condition，PBC)，方向无穷大，方向采用理性匹键器件，其中集成波导光栅型波分复用器具有结构配层边界条件(PerfectlyMatchedLayer，PML)．定紧凑、性能可靠、易与无源器件集成等优点，主要有义H，E和H是非零分量的光波为P偏振波，阵列波导光栅(ArrayWaveguideGrating，AWG)型EH和E是非零分量的光波为S偏振波．根据和刻蚀衍射光栅(EtchedDiffractionGrating，EDG)Yee元胞对时间和空间采用中心差分近似，可以得型两类．目前的EDG型波分复用器核心是闪耀光到有限差分方程．FDTD方法对空间和时间离散间栅

4、，而提高闪耀光栅的衍射效率是提高此类波分复隔有着基本要求，空间间隔取波长的1／10～1／2o，用器性能的关键．在光栅背面镀一层金属形成近理而时间间隔的取样必须满足Courant稳定条件]．想闪耀光栅是提高刻蚀衍射光栅的衍射效率的有效根据FDTD公式编写程序，通过对一个理想导体光方法ll,2,33，但这类光栅偏振特性对光栅衍射效率的栅的衍射效率进行计算并与文献的结果_7进行对影响研究尚欠完善．Jae—YoungKim等_4用微分法比，验证了程序的正确性．在此基础上，计算一个稳对园偏振入射光的衍射效率和Stokes参量进行了定的光栅衍射场分布，提取其第阶衍射波，通过平计算，宋军等_5]

5、对入射光为TE或TM波时的罗兰面波展开[7可得园光栅的偏振特性进行了分析，但任意偏振光波与光栅闪耀角和入射光波偏振角之间的关系特性分析ht。(，)一∑A(一iaz—i)(1)一未见报道．这里本文用数值方法研究近理想导体闪耀反射光栅a一是。sin+2=n／d(2)偏振特性．通过编写的时域有限差分(Finite一(足：一a：)”(3)DifferenceTimeDomain，FDTD)程序，计算任意偏式中是。为真空中波矢，0和d分别为衍射角和刻槽振光波入射理想闪耀光栅之后的衍射场，分析波长宽度．P偏振情况下代表E，S偏振情况下代表量级尺度光栅的几何、物理等因素对衍射场偏振特H．A可通过

6、离散傅里叶变换求算。性的影响，以期为提高EDG型光波导波分复用器向传播平面波的电场横向分量E在入射平性能提供理论依据．面内，E平行于刻槽．当两个分量的位相差一一。为任意值时，光波为椭圆偏振，且椭圆主轴与-t，国家自然科学基金(60377020)资助轴夹角为．因此衍射波的偏振态可以通过位相差Tel：029—82668643—2732Email：jpzhu@mail．xjtu．edu．cn收稿日期：2009—03—04修回日期：2009—08—01和两个电场分量的振幅比来确定．220光子学报39卷耀角为25。～65。．当闪耀角处于25。～4O。(高调制区2数值结果分析域)时，大于且电矢

7、量振动椭圆的主轴比小于光栅背面镀近理想导体材料一金属银，其在入0．1，说明衍射光波电矢量的振动椭圆是左旋偏振且射波长一1550nm处折射率为0．45+i10．7l8]．根接近于直线，特别是当d一3．22(闪耀角38．68。)时，据光栅闪耀角的大小不同，将衍射分为低调制区(闪主轴比为0，相位差为兀，衍射光波为线偏振；而闪耀耀角在1。～10。)、中调制区(闪耀角在10。～22。)，角处于40。～65。(超高调制区域)时，位相差小于7【，高调制区(闪耀角在22。～38。)以