变迹光栅耦合器的设计原理

为优化光栅耦合器的耦合效率，我们扩展了一种用于变迹光栅耦合器设计的解析模型，该模型考虑了由制备工艺决定的散射强度上下界约束。我们证明，在存在此类约束时，我们的模型给出了散射强度的全局最优分布。我们将该模型应用于从硅芯片到单模光纤耦合的标准问题，以及包括耦合到涡旋光束和设计聚焦光栅等更复杂的问题。在耦合到涡旋光束的问题中，我们通过全波数值仿真验证了模型。对于该问题，与现有设计相比，我们的设计获得了显著更高的效率。我们的理论研究为不同材料平台上的变迹光栅耦合器设计提供了坚实基础，且我们的确定性算法可作为高级优化的近最优起点。