基于严格耦合波理论的新型耦合光栅分析

针对波导全息平视器中一种新型的耦合光栅结构,基于严格耦合波理论数值分析了其衍射特性,同时对光栅的工艺容差进行了分析,计算了膜厚、槽深、周期与入射波长对耦合效率的影响.该光栅以波导板中内嵌的闪耀光栅锯齿面作基底,镀高折射率的膜层后,覆盖锯齿状的金属膜层.计算结果表明:对于波长532,nm的TE偏振光,空气中0°入射的一级衍射效率可大于90%;当空气中入射光的纵向角在[-8°,12°]、横向角在[-15°,15°]内变化时,一级衍射效率可大于82%且保持平稳.该光栅可在波导全息平视器中,对大视场成像光束进行均匀、高效的耦合.

运用严格耦合波理论计算平面电介质光栅的衍射效率

本文阐述了严格耦合波理论的基本思想。针对横电波的情况，详细分析了运用严格耦合波理论实现光栅衍射效率计算的方法，并且进一步给出了编制计算衍射效率程序的步骤。通过一个具体计算实例表明：各衍射级分布的光能量之和等于入射光的能量，满足能量守恒定律，从而证实了计算结果的正确性。

基于严格耦合波理论的亚波长光栅优化设计

亚波长衍射光栅的衍射效率不但与入射光的特性有关,而且与光栅结构和折射率等参数有关。采用严格耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率公式进行了推导,对不同光栅结构参数(周期、槽深,占空比)和光栅脊、槽的折射率的亚波长衍射光栅的衍射效率进行了数值计算并用MatLab软件进行仿真模拟,光栅槽深与周期的比值为0.425,占空比为0.507,并且光栅脊、光栅槽的折射率为2.37时,得到具有最佳滤波和衍射效果的亚波长光栅的优化结构。

基于严格耦合波理论的宽光谱金属介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了金属介质膜光栅的衍射机理模型,给出了TE模式金属介质膜光栅衍射效率的表达式.以-1级衍射效率和工作带宽为评价函数,对金属介质膜光栅的表面浮雕结构进行了优化设计.对于800nm和1053nm为中心的TE波,设计的金属介质膜光栅-1级衍射效率优于97%的工作带宽分别达到130nm和150nm,最后讨论了设计的宽光谱高衍射效率金属介质膜光栅的制备工艺容差.此研究对于提高脉宽压缩光栅的性能具有重要的意义.

基于严格耦合波理论的多层介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了多层介质膜光栅的衍射机理模型,给出了TE波自准直条件下多层介质膜光栅衍射效率的表达式.以-1级衍射效率为评价函数,分析了表面浮雕结构分别为HfO2和SiO2材料的介质膜光栅获得衍射效率优于96%的结构参数.数值计算表明,顶层材料为HfO2的介质膜光栅具有更宽的结构选择范围.最后分析了介质膜光栅的制备容差和允许的入射角度范围.

基于严格耦合波理论的蝴蝶鳞翅分级结构光学特性研究

Morpho蝴蝶的颜色效应是由蝴蝶鳞翅上特殊的分级微纳结构与光发生干涉、衍射和散射等作用引起的,是一种典型的结构色。以严格耦合波理论(RCWA)为基础,借助光学衍射结构综合设计工具,建立了仿蝴蝶鳞翅分级结构的二维模型,系统分析了底层电介质单元横向周期占空比、纵向相邻电介质单元宽度差值、介质层纵向周期占空比以及脊柱与基底之间夹角等结构参数对Morpho蝴蝶鳞片光学特性的影响。揭示了蝴蝶鳞翅结构色的显色机理,为具有环境检测功能的仿生微纳结构和器件的设计、制造和应用提供了理论指导。

严格耦合波法计算体布喇格光栅衍射效率

为了获得更精确的光栅衍射效率,采用严格耦合波理论建立体布喇格光栅衍射机理模型,分析了运用严格耦合波理论实现体光栅的衍射效率计算,并利用正交Legendre多项式展开法求解耦合波方程,取得了体布喇格光栅衍射效率稳定的数值解,得到的仿真结果符合理论计算。结果表明,相对于矩阵法,该算法具有更好的收敛速率,且比Ko-gelnik耦合波理论解法更精确。

光折变各向异性自衍射动态特性的严格耦合波分析

利用严格耦合波衍射理论分析光折变相位光栅各向异性自衍射的动态特性 ,并以Ce:KNSBN晶体进行了实验验证 .

红外30μm亚波长抗反射光栅的制作

利用严格耦合波理论设计出亚波长抗反射光栅 ,并通过等离子体辅助刻蚀制作出了立方状抗反抗光栅 .测量结果发现该光栅具有良好的增透特性 ,并且测得光栅参数和理论设计参数基本一致 ,表明等离子体辅助刻蚀是制作深光栅的有效方法 .对实验结果进行了分析和讨论 ,结果表明 。

面形误差对亚波长金属光栅偏振器性能的影响

基于严格耦合波理论分析了光栅面形误差对亚波长金属光栅偏振器偏振性能的影响.通过对数值结果的分析发现,光栅圆角误差、光栅侧壁倾斜误差和光栅表面粗糙误差对光栅的TM透射效率影响不大,但它们使得光栅的消光比明显降低.因此,面形误差使得光栅的偏振性能明显降低.理论分析表明,顶角为直角、侧壁垂直和表面光滑的理想矩形光栅结构的偏振性能最好.

亚波长金属光栅偏振器设计

针对仿生微纳导航传感器敏感波段380～520nm的要求，基于严格耦合波理论，设计了一种适用于蓝紫光波段的金属光栅偏振器，并应用等效介质理论直观地分析了金属光栅偏振器的工作原理．所设计的金属光栅偏振器与传统的金属光栅偏振器的不同之处在于：在基底和金属线栅之间增加了氟化镁薄膜，并且刻蚀一部分氟化镁薄膜．在垂直入射条件下，在整个可见光波段，金属光栅偏振器TN透射效率大于61．5％，消光比大于370；数值计算和理论分析表明，所设计的金属光栅偏振器是一种宽带宽、高TN透射效率和高消光比的偏振器件．

高深宽比金属光栅制备及中红外波段传感特性

利用纳米压印结合溅射和反应离子刻蚀工艺制备了具有高深宽比的金光栅,使用傅里叶变换红外光谱仪测得了反射谱线.测量结果显示,只在p偏振光垂直于光栅矢量方向入射条件下才存在共振反射峰,证明了"伪表面等离子体激元波"的存在.基于严格耦合波分析理论计算了金属光栅的反射率,研究了其作为中红外波段波长调制型表面等离子体共振传感器的可行性.数值计算表明负级次衍射光波对应的共振反射峰的移动能获得较高的波长灵敏度.对于深宽比为10的金光栅结构,+1级次和-3级次衍射光波对应的波长灵敏度分别为1600 nm/RIU和5000 nm/RIU,品质因子分别为20 RIU-1和60 RIU-1.

偶数束亚波长Dammann光栅结构的矢量衍射优化设计

传统的基于标量衍射理论方法设计的Dammann光栅衍射效率较低。基于严格耦合波理论和遗传算法,介绍了亚波长结构偶数分束数Dammann光栅的设计方法。利用优化程序设计了多个光栅结构并对设计结果进行了分析,讨论了关键参数的选取及设计参数和光波偏振态的变化对分束效率和均匀性的影响。仿真结果表明所设计的偶数束Dammann光栅分束均匀性很好并且分束总效率均达到93%以上,而零级衍射效率均降到了0.64%以下,达到了较好的去零级衍射的效果。

光通信C波段硅基导模共振窄带滤波器的模拟

结合严格耦合波理论和遗传算法对C波段硅基导模共振滤波器进行了模拟分析。从模拟结果出发详细讨论了光栅周期、填充因子、光栅深度和入射角度对滤波器反射特性的影响。导模共振对光栅周期、填充因子、光栅深度和入射角度都有很高的敏感性,利用这一特点可以设计性能优异的硅基滤波器件。导模共振滤波器的共振波长峰值反射率达到了98.9%,峰值半高宽小于密集波分复用(DWDM)0.8nm的要求。

LWIR亚波长铝/硒化锌光栅偏振器设计

为提高长波红外偏振成像系统中偏振器件性能,本文通过分析光栅材料及结构参数对光栅偏振性能的影响,设计并优化了一种双层材料构成的亚波长光栅。该光栅为矩形形貌,光栅区由铝与硒化锌构成,两种材料的厚度分别为0.6μm和0.4μm,光栅周期1μm,占空比50%。利用严格耦合波理论分析并计算该结构光栅的衍射效率,7~15μm波段的光以0~60°入射后其0级横磁模透射率达到87.54%以上,消光比超过47 d B。该光栅在10.6μm的测试波长下,TM透射率高达90.80%且具有50 d B以上的消光比,相比槽深相同的单层铝光栅,偏振透过率明显提高。仿真结果显示,该光栅在整个宽长波红外波段具有良好的偏振性能。

亚波长介质偏振分束光栅的衍射特性

采用严格耦合波理论并结合矩阵LU分解法,分析了亚波长介质光栅的刻槽深度、占空比、入射角、入射波长等参数对TE偏振和TM偏振0级衍射效率的影响。结果表明:在1550 nm波长处,出现瑞利反常现象。由此提出利用瑞利反常现象设计工作波长为1550 nm的偏振分束光栅,通过优化设计确定了最佳设计参数,即光栅周期为λ0/2,瑞利入射角为30°,刻槽深为0.9λ0,占空比为0.5。结果表明,参数优化后的偏振分束光栅可以使TE偏振0级反射波和TM偏振0级透射波同时达到近100%的衍射效率。

亚波长介质光栅的闪耀特性分析

采用严格耦合波理论与矩阵LU分解法,求解了亚波长矩形介质光栅的衍射场,给出了TE和TM偏振波的耦合波方程组及其矩阵形式.通过数值计算分析了TE和TM偏振波的入射角、刻槽深度、入射波长等参量对+1级衍射波衍射效率的影响.结果表明,当Λ=0.5λ0,θ=55°,d=0.38λ0,λ=10.6μm时可以实现对TE偏振波+1级的闪耀,衍射效率达到近90%,同时具有较宽广的角度适应范围.

硅表面太赫兹抗反射亚波长结构设计

亚波长结构是特征尺寸小于工作波长的连续阵列浮雕结构,可看成是一层折射率均匀的介质层,仅存在零级的透射和反射衍射。基于等效介质理论和严格耦合波理论介绍了亚波长抗反射结构。为提高111μm波长太赫兹辐射(2.7THz)的透过率,在硅表面设计了亚波长抗反射结构。该结构的透射率和反射率由其浮雕结构的周期、高度和占空比确定。利用等效介质理论和严格耦合波理论对其结构参数进行了优化设计。当周期为27μm、高度为13μm、占空比为0.75时,得到了99.05%的太赫兹辐射透过率。

红外波段高效率低偏振相关损耗光栅的设计

衍射效率高、偏振相关损耗低的衍射光栅是集成波分复用/解复用器件的一种核心元件,在光通信中具有很重要的应用价值。通过利用严格的耦合波理论计算光栅衍射效率的方法,分别编制出了计算TE波和TM波的衍射效率程序。通过改变光栅的面形来进行计算,最终得到了衍射效率高和偏振相关损耗小的光栅面形。

双层亚波长光栅微位移传感系统结构优化设计与性能仿真

随着MEMS惯性传感器件对微位移检测精度的要求越来越高,微位移检测技术已经成为MEMS惯性传感领域的研究热点。亚波长光栅以其超高的位移检测灵敏度成为一个极具发展前景的高精度位移传感平台。利用Rsoft软件模拟分析了双层亚波长光栅共面、离面相对运动时系统零级衍射光透射率与光栅位移量之间的关系及系统关键结构参数对位移检测灵敏度的影响,并对这两种亚波长光栅微位移传感系统进行了结构优化与性能仿真及对比,理论验证了亚波长光栅位移检测的高灵敏度优势。