近期，中國科學院上海光學精密機械研究所信息光學與(yu) 光電技術實驗室研究團隊在基於(yu) 簡化模式方法的光柵設計方麵取得新進展。提出將簡化模式方法應用於(yu) 多層介質光柵設計，並成功設計了-2級高效率的超寬帶高容差的衍射光柵。

光柵在光譜分析、超強、超快激光、高端光刻、位移測量、天文測量等領域具有不可替代的作用，也是衡量一個(ge) 國家高精密光學技術領域發展水平的重要標誌之一。傳(chuan) 統的光柵設計都是針對光柵的負一級進行優(you) 化設計，但是光柵的分辨能力同光柵衍射級次成正比，級次越高，分辨能力越高。為(wei) 了提高光柵的分辨能力，製作高級次的中階梯光柵是最常用的方法，但該方法由於(yu) 級次數量眾(zhong) 多，且製造難度大，效率值通常隻有65%-75%，嚴(yan) 重製約了其廣泛應用。

該項研究中，研究人員利用簡化模式方法從(cong) 理論上分析了負二級高效率產(chan) 生的條件，通過求解色散方程得到各個(ge) 模式的有效折射率，對各個(ge) 傳(chuan) 播模式進行分析進而得到-2級高效率的條件表達式和光柵結構的初始參數，並通過嚴(yan) 格耦合波算法和模擬退火優(you) 化算法對其參數進行進一步優(you) 化設計，得到了-2級超寬帶高效率衍射光柵器件。

該結構衍射效率最高可達99.58%，並且實現波長從(cong) 1.454 μm-1.531 μm和入射角37.32°-43.3°範圍內(nei) 95%以上高效率輸出。研究結果表明，該結構同樣具有優(you) 良的容差特性，可行性強，適合工業(ye) 化大批量生產(chan) 製作。

這是首次通過簡化模式理論方法分析並設計的多層寬帶-2級高效率衍射光柵結構，為(wei) 簡化模式理論方法應用於(yu) 多層結構光柵設計提供了可能。

圖1 三層全介質矩形光柵示意圖

圖2 TE偏振入射下衍射效率分別隨波長(a)、入射角度(b)變化示意圖