1 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院，合肥 230009
2 合肥工业大学 特种显示技术国家工程实验室 现代显示技术省部共建国家重点实验室 光电技术研究院，合肥 230009
3 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，合肥 230009
针对浮雕光栅实际加工的光栅形貌与理论设计形貌存在差异的情况，提出从傅里叶级数的角度去分析光栅结构，探讨光栅傅里叶级数展开式中各空间频率分量对其结构和衍射效率的影响，试图在保证高衍射效率的同时，降低光栅的制备难度。对常见的周期性浮雕光栅进行傅里叶级数展开，减少高频分量，代入仿真软件建模并计算其衍射效率。仿真结果表明：对于矩形光栅，光栅陡直度为46.3°时即可满足最高衍射效率要求；而对于直角三角光栅，光栅陡直度为80.4°并且光刻分辨率不低于300 nm时才可满足最高衍射效率。针对不同结构的浮雕光栅，在满足最高衍射效率时保留的高频含量是不同的，文中提出的分析方法能帮助设计者根据具体的光栅结构，提出加工精度要求，制定具体加工方案，降低加工制备难度。
光栅 衍射效率 傅里叶级数 高频分量 陡直度 grating diffraction efficiency Fourier series high frequency component steepness
1 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院, 合肥 230009
2 合肥工业大学 特种显示技术国家工程实验室 现代显示技术省部共建国家重点实验室 光电技术研究院, 合肥 230009
3 芜湖长信科技股份有限公司, 安徽 芜湖 241009
4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 合肥 230009
针对平面波导系统中光能利用率低、光栅制备成本高且工艺复杂的问题, 设计大周期、高衍射效率的光栅结构, 从而提高系统光效、节约成本。首先, 提出以梯形光栅作为最初面型进行标量理论计算, 以梯形的角度、占空比、高度为变量, 得出光栅面型为直角三角形时, -1级有较高衍射效率。随后分析了设计的直角三角光栅和两种常见的线性光栅的衍射效率, 并且讨论了深度加工误差、入射光发散角对三种面型光栅衍射效率的影响。仿真结果显示：周期为3 μm的直角三角光栅, 入射光垂直入射时-1级衍射效率达81%, 与小周期倾斜光栅的衍射效率相差较小, 但考虑到深度加工误差和入射光的发散角度对三种面型光栅衍射效率的影响时, 直角三角光栅则具有明显优势。设计的直角三角光栅在具有较大周期时, 仍可实现较高衍射效率。
平面波导 光栅 衍射效率 planar waveguide grating diffractive efficiency
