中文摘要：

本项目研究深刻蚀光栅的归一化设计方法，主要是指利用Botten模式方法，设计几乎波长无关的归一化矩形、正弦、三角光栅结构，用于指导加工深刻蚀石英光栅。深刻蚀石英光栅是指光栅周期在波长量级，刻蚀深度在几个波长量级的光栅，它不同于传统的浅表面调制的金属或介电光栅，可以得到丰富偏振控制和高效分束功能，实现高消光比的偏振分束等功能。深刻蚀石英光栅可以由Botten模式方法解释和设计。Botten模式方法是指入射光在光栅区域激发出光栅模，光栅模之间的耦合与重叠积分，决定了出射光的衍射效率。在亚波长光栅的情况下，仅仅激发出几个有限的传播模，理论分析特别方便，通过设定光栅槽深与入射波长的比值、光栅周期与波长的比值、以及光栅槽的开口比等，得到不同模式有效折射率差的分布图，由此清晰地看到几乎波长无关的归一化矩形、正弦、三角光栅衍射特性，为其实际应用提供理论工具，进而为深刻蚀石英光栅产业发展奠定理论基础。

结论摘要：

光栅是广泛使用的基础光学器件。随着半导体工艺技术的进步，可以加工出深刻蚀石英光栅，因此，深刻蚀石英光栅的归一化理论设计就成为面向实际应用的一个关键问题。本项目发展了针对深刻蚀石英光栅完整的归一化设计理论体系，也就是利用简化模式方法，提供了深刻蚀石英光栅一系列具体应用问题的解决方法。例如，通过建立光栅开口比和简化模之间的关系，可以看到优化光栅开口比和两个有效模折射率差之间的关系，并且清楚地看到衍射效率和带宽之间的关系。简化模式方法所得到的这些理论结果是以往传统严格耦合波分析方法所得到的，这不仅对于设计宽带、偏振无关高效率深刻蚀光栅具有重要意义，而且该方法可以进一步应用于倾斜光栅，体全息光栅等，具有广泛应用前景。本项目发表SCI论文18篇，申请发明专利17项，SPIE Newsroom进行了专题报道，国际会议论文6篇，邀请报告5篇，其中二篇为国际会议大会报告。课题组成员余俊杰博士获得2013年度中国科学院优秀博士学位论文，项目负责人获2013年度中国科学院“优秀研究生指导教师”奖。