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大角度、宽带且多功能定向波导散射光栅

DOI：10.1021/acsphotonics.9b01319 期刊：ACS Photonics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 传统表面浮雕光栅在偏转垂直入射光的大角度时效率较低，这限制了基于光栅的光学仪器的整体效率，也制约了其在诸多领域的应用。本研究展示了一种简单方法，可设计出对大偏转角保持高效且具备附加功能的衍射光栅。该光栅由垂直定向非对称槽波导单元构成，其单元展现出可通过波导长度精确调控的振荡单向散射特性——这是入射光激发结构内多模态干涉所致。与采用多个共振子元件的超表面光栅不同，这种非共振衍射单元的周期性排列能实现宽带运行，并对入射角变化具有强耐受性。全波模拟表明：当偏转角为47°时，该光栅设计衍射效率可达94%；偏转角80°时仍保持80%效率。为验证方法的多功能性，我们还演示了平面偏振分束器与偏振不敏感光栅的实现。
作者： Ashutosh Patri，Stéphane Kéna-Cohen，Christophe Caloz
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了展示一种设计衍射光栅的简单方法，该方法既能对大偏转角实现高效衍射，又具备附加功能。

研究成果

总之，我们提出了一种设计高性能衍射光栅的新范式，这种光栅具有多功能性且对衍射角度具有灵活性。通过模拟，我们展示了基于非对称狭缝波导散射器的多种设计方案，这些散射器由于多个导模之间的干涉而以可控的方向方式辐射。DWSG（非对称狭缝波导散射器）可采用简单结构实现，在大角度偏转方面显示出令人鼓舞的结果，对于偏转角度在约40°至80°范围内的情况，其绝对衍射效率超过80%。

研究不足

实验的技术和应用限制，以及潜在的优化领域。

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