-on-insulator)的亚波长光栅块的功分 器、波分器和偏振分束器及其设计方法。
[0045] 亚波长光栅块是指光栅块的周期小于一个工作波长。当光入射到周期排列的亚波 长光栅块，对光波的相位调制一致；然而当光入射当非周期排列的亚波长光栅块，对光波的 相位调制是变化的，如果选取合适的一组非周期光栅块组合，使其对光波的相位调制呈线 性变化，就能使光的传播方向发生偏转，从而实现对光波的分束。
[0046] 因为一维光栅对偏振敏感，如果运用一维光栅对含有TE，TM混合波的功率分配比 较困难，但是二维阵列光栅块具有消偏振，可以实现对混合波进行功率分配的光功分器。然 而有时只需要对TE或TM进行分束，此时可以运用一维亚波长光栅TE/TM滤波的同时实现 对TM/TE进行功率分配的光功分器。
[0047] 图1示出了一种功分器、波分器和偏振分束器的设计方法的流程示意图，如图1所 示，该方法包括如下步骤：
[0048] 101、获取二维光栅块的周期和占空比；
[0049] 102、通过调整所述二维光栅块的周期和占空比，对入射波进行分配。
[0050] 上述方法实现了通过调节光栅块的周期和占空比实现对所述入射波的功率进行 任意比分配、对不同波长的所述混合入射波按照波长的不同进行波分、或，对所述TE和TM 混合入射波进行偏振态的分离。
[0051] 上述功率分配可以为任意比，比如或5:2等。波长分配按照入射波波长 的不同进行分配，比如：将1550nm和1400nm的混合入射波分解开来。
[0052] 为了更加清楚说明上述二维光栅块通过改变周期和占空比对混合入射波的影响， 首先将一维光栅将入射波汇聚理论进行详细说明。
[0053] 图2为本发明实施例提供的入射波透过一维光栅结构示意图，如图2所示，电场 为：E (X，z) = E0 (X，z) exp (_jk0 (xsin Θ +zcos Θ ))，
[0054] 其中E。(x，z)为振幅，
，Θ是波矢与光栅块z轴之间的夹角，故光波的 相位为 φ (X，z) = -k〇(xsin Θ +ZCOS Θ )，在特定的 Z。处的相位为 Φ (X) = -kjjXsin θ + α 1〇 现在在处构造一个新的相位轮廓函数：Φε(χ) = αχΧ+α2。光栅块变化宽度d后，分别 的相位变化为：
[0055] Φ (X) - :k0dsin θ = ΔΦΦε(χ) - :axd= AC>g
[0057] 确定了偏转的角度后，就能确定相位的变化a x。
[0058] 根据上述光波偏转理论，在实际运用中，因为逐个改变光栅块的厚度会增加工艺 难度而且精度不易控制，所以本发明采用通过改变光栅块的周期和占空比来实现对光波相 位的控制。
[0059] 图3A至3B为本发明一实施例提供的亚波长光栅块在不同的周期及占空比下对光 波透射率及相位的影响示意图，如图所示，波浪线标注的部分，透射率0. 4%~1. 3%之间。 这样如图所示，根据设计需求的周期和占空比参数，然后依次组成非周期亚波长光栅块。
[0060] 当上述一维条形光栅表面的反射波相位具有如下公式时，所述透射波将汇聚；
[0062] 其中，Φ (X)为所述光栅块表面的透射波相位，λ是入射波长，φ (X。）是中间位置 xQ= 〇处的相位值，f，为焦距。HCGs (高折射率亚波长光栅块）局部的光波特性由HCGs的 局部的几何尺寸决定，通过合理的设计光栅条的周期和占空比（P，n)，使各个光栅条中心 位置xn处的相位满足上式。并且如图4所示，所述相邻光栅条满足如下公式：
[0065] 其中，所述Φ (xn+1)为第n+1条形光栅表面的反射波相位，λ是入射波长，&为焦 距，xn是第η (η彡0)个光栅条中心位置的坐标，ρ η是第η个光栅条的周期。
[0066] 通过上述方法，通过改变亚波长光栅块的周期和占空比，就可以实现一维条形亚 波长光栅对TE/TM滤波的同时对TM/TE光波的光功率（任意比）进行分配。如图5所示， 一维条形亚波长光栅光功率分配的示意图。
[0067] 通过上述一维光栅的汇聚理论以及功率分配理论，进行说明基于二维光栅块对所 述混合入射波的功率进行任意比分配、对不同波长的所述混合入射波按照波长的不同进行 波分、或，对所述TE和TM混合入射波进行偏振分离。
[0068] 具体的，对所述混合入射波的功率进行任意比分配，包括：
[0069] 根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设所述透射波的功分 比，通过调节所述二维光栅块的周期和占空比，对所述TE和TM混合入射波的功率进行任意 比分配。如图6所示的二维阵列光栅块对入射波的功率进行任意比分配的示意图。比如入 射功率为W，分配后的接收功率分别为W1和W2。
[0070] 上述对所述混合入射波的功率进行任意比分配，包括如下步骤：
[0071] 201、根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设所述透射波的 功分比，获取所述二维光栅块的相位调制关系；
[0072] 202、根据RCWA算法，获取所述二维光栅块在不同周期和不同占空比下的相位值；
[0073] 203、根据所述二维光栅块的相位调制关系，获取所述透射波满足预设汇聚点与所 述二维光栅块的距离，以及预设所述透射波的功分比时的周期和占空比，并通过调节所述 二维光栅块的周期和占空比，对所述入射波的功率进行分配。
[0074] 具体的，也可以将上述一维条形亚波长光栅光功率分配的方法应用于二维阵列光 栅块的功率分配，所述二维阵列光栅块表面的透射波相位具有如下公式时，所述透射波将 汇聚：
[0075] xn+1= X η+ρ，η = · · · -2, -1，0, 1，2, · · ·
[0076] yn+i= y n+p, n = ... -2, -1, 0, 1, 2,...
[0078] 其中，xn+1，yn+1分别代表中心光栅块（x n，yn)的右上角光栅块的相位值，xn，又及别 为阵列光栅块中光栅块中心位置的坐标，P为光栅块的周期，
fxy代表预设焦 距（汇聚点到光栅块的垂直距离），Φ。代表二维光栅块的中心位置（xn，yn)处的相位值。
[0079] 通过上述方法，通过改变亚波长光栅块的周期和占空比，就可以实现二维阵列光 栅块对入射波光功率任意比进行分配，需要说明的是，为了便于实现上述方法，本发明的上 述二维光栅块的横纵周期相同。在二维光栅块的横纵周期不同时，也可以达到上述效果，但 是采用上述二维光栅块的横纵周期相同时，计算上述相位分布较快。
[0080] 同理，对不同波长的所述混合入射波按照波长的不同进行波分，图7示出了二维 阵列光栅块对不同波长的混合入射波按照波长的不同进行波分的示意图，如波长为λ ^口 λ 2的混合入射波，将该入射波通过改变光栅块的周期和占空比后，将该入射波分配成λ i 和λ2，包括：
[0081] 根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设所述入射波的不同 波长值，通过调节所述二维光栅块的周期和占空比，对所述不同波长的混合入射波按照波 长值的不同进行波分。
[0082] 对所述不同波长的混合入射波进行波分，具体包括如下步骤：
[0083] 301、根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设入射波的不同 波长值，获取所述二维光栅块的相位调制关系；
[0084] 302、根据RCWA算法，获取所述二维光栅块在不同周期和不同占空比下的相位值；
[0085] 303、根据所述二维光栅块的相位调制关系，获取所述透射波满足预设汇聚点与所 述二维光栅块的距离，以及预设所述入射波的波长分配时的周期和占空比，并通过调节所 述二维光栅块的周期和占空比，对所述不同波长的混合入射波按照波长的不同进行波分。
[0086] 同理，所述对所述TE和TM混合入射波进行偏振态的分离，包括：
[0087] 根据预设TE和TM透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，通过调节所述二维 光栅块的周期和占空比