亚波长光栅与法布里-珀罗滤光片集成的高性能光谱偏振分光器

光谱偏振成像技术是一种新型的光学成像技术,它不仅提高了目标的信息获取量,还降低了背景噪声,可以捕获目标细节,检测伪装目标。本文提出了一种将亚波长光栅与F-P滤光片相结合的光谱偏振测量器件,该器件可以获得超高光谱分辨率和偏振消光比,并且光谱和偏振可以灵活调控。本文设计了一种光谱偏振同时分光器,可同时获得4个光谱通道的斯托克斯参数。仿真结果表明,其光谱分辨率为217,偏振消光比为106。实验结果表明,亚波长光栅的偏振消光比大于500,透射率为90%。全介质F-P滤光片的光谱分辨率为30,在长波红外波段的透射率为60%。该设计方法具有通用性,可用于可见光、红外甚至太赫兹等波段。得益于这些优点,器件在微型偏振光谱仪和全斯托克斯偏振检测等领域有很大的应用潜力。

基于亚波长光栅辅助定向耦合器的集成铌酸锂偏振分束器

绝缘体上铌酸锂(LNOI)是实现高速光子集成回路(PICs)的理想平台。通过充分利用铌酸锂(LN)的优势,LNOI平台能够实现高速电光和高效非线性光学集成器件。偏振分束器(PBS)作为分离和组合两种正交偏振光模式的关键无源器件之一,在实现片上偏振复用系统并提升光通信系统数据传输容量方面发挥着至关重要的作用。近年来,基于不同结构的PBS已经被成功实现,其中,基于亚波长光栅辅助定向耦合结构的PBS表现出优异的器件性能和紧凑的器件尺寸。本文基于氮化硅-铌酸锂异质集成的间接刻蚀方案,实现了一种亚波长光栅辅助定向耦合结构的高性能PBS。仿真结果表明,当波长在1500~1600 nm时,器件的偏振消光比均大于24.49 dB。实验数据进一步证实,当波长在1500~1580 nm时,器件偏振消光比均大于18.06 dB。

亚波长光栅的衍射效率

本文使用矢量衍射理论—严格的耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率进行了数值计算,得到在不同光栅参数时亚波长光栅的衍射效率,对影响光栅衍射效率的各个光栅参数分别进行分析,讨论了光栅在光栅参数变化时的衍射特性,给出衍射效率随光栅各个参数的变化曲线。由结果可知亚波长光栅的衍射效率随光栅槽的深度以及光栅占空比有着规律性的变化,选取不同的光栅参数就可得到完全不同的衍射效率,这样就为设计出所需要的光栅滤波特性提供了制造依据。

亚波长光栅的偏振闪耀特性

使用琼斯矩阵的方法推导了连续结构亚波长光栅的衍射方程,给出了光栅衍射效率表达式,对偏振特性与衍射特性进行了研究。发现连续结构亚波长光栅仅存在3个衍射级,总衍射效率为100%,且衍射效率可在衍射级间任意分配,0级的偏振态与入射光的偏振态相同,±1级衍射光偏振态与入射光无关,-1级为左旋圆偏振光,+1级为右旋圆偏振光。通过设置入射光偏振态与光栅相位延迟等参数,可使光栅具有闪耀特性,据此可用于设计高效偏振光分束器和偏振光开关。

一种提高OLED基底出光效率的亚波长光栅设计

为了提高OLED出光效率,在OLED基底表面设计了二维连续表面亚波长光栅。利用等高台阶逼近的方法近似连续表面光栅结构,并结合等效介质理论和薄膜光学原理,设计光栅参数:刻蚀深度0.29μm,周期大小0.165μm,底边直径与周期的比值等于1,可以实现宽光谱、广角度的高透射率。利用时域有限差分方法仿真计算了该光栅对OLED基底出光效率的影响,结果表明,出光效率最高可提高30%。

亚波长光栅偏振器的研究现状与发展前景

亚波长光栅偏振器具有体积小、结构紧凑、易于集成,偏振性好的特点,是一种性能优良的衍射光学元件,具有广阔的应用前景。本文总结了多种类型的亚波长光栅偏振器,对每种亚波长光栅偏振器的结构和特点进行了分析和概括,并对亚波长光栅偏振器的前景进行了展望。

795 nm亚波长光栅耦合腔垂直腔面发射激光器的超窄线宽特性

基于共振耦合腔理论,提出并设计了基于亚波长光栅耦合腔的795 nm垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL),利用COMSOL软件有限元方法对多光腔耦合线宽压窄机制和影响因素进行了详细分析,研究发现,当光子在多耦合腔中进行谐振时,通过合理设计光栅耦合腔参数,精确调控激光器多耦合腔相位匹配,极大地促进了光谱线宽共振压窄效应,并最终获得了高光束质量795 nm VCSEL 激光器的超窄线宽输出.理论结果表明,当耦合腔间隔层厚度为180 nm时,反射光谱冷腔线宽Δλ_(c)可以达到7 pm,为实现VCSEL激光器kHz量级光谱线宽输出奠定了理论基础.

亚波长光栅的零级反射特性研究

从严格耦合波衍射理论出发,在不同入射角、方位角和光栅参数下的情况,计算了矩形亚波长光栅零级反射效率随入射光波长的变化.通过计算结果,找出相对合理的光栅参数,使得当入射光的入射角或方位角发生变化时,光栅反射出不同波段的光,即反射出不同颜色的光.这些研究可应用于防伪技术,为设计和制作防伪光栅提供了设计依据.

TE_0导模干涉刻写周期可调亚波长光栅理论研究

通过棱镜耦合激发非对称金属包覆介质波导结构中的TE_0导波模式,利用两束TE_0模的干涉从理论上实现了周期可调的亚波长光栅刻写.分析了TE_0模式的色散关系,刻写亚波长光栅的周期与激发光源、棱镜折射率、光刻胶薄膜厚度及折射率之间的关系.用有限元方法数值模拟了金属薄膜、光刻胶薄膜和空气多层结构中TE_0导模的干涉场分布.研究发现,激发光源波长越短,TE_0模干涉刻写的亚波长光栅周期越小;光刻胶越厚,刻写的亚波长光栅周期越小;高折射率光刻胶有利于更小周期亚波长光栅的刻写.相较于表面等离子体干涉光刻,基于TE_0模的干涉可在厚光刻胶条件下通过改变激发光源、棱镜折射率、光刻胶材料折射率、特别是光刻胶薄膜的厚度等多种方式实现对亚波长光栅周期的有效调控.

亚波长光栅的可见光共振特性研究

研究亚波长光栅的可见光共振特性.分析了光栅共振的基本原理.基于严格矢量衍射理论给出了不同光栅参量(如光栅周期、填充因数、光栅深度、光栅材料等)的优化设计图,定量得出了各参量控制光栅共振特性(共振波长和半峰全宽)的一般规律,共振波长与光栅周期成比例.共振半峰全宽值主要依赖于光栅调制系数和波导光栅对导模的限制程度,填充因数和光栅深度也对其有一定的影响,为新型防伪光栅设备的开发提供了理论依据.

三层亚波长光栅结构的透射特性(英文)

设计了一种具有三层结构的亚波长金属光栅,采用时域有限差分(FDTD)法对所设计的三层光栅结构进行仿真计算.与单层金属光栅相比,这种三层的光栅结构具有更好的滤波效果,其透射光谱中峰值可达77%,且能很好地抑制高波段的透射率.分析了各几何参数对所设计的光栅结构透射特性的影响,尤其是对透射光谱中0值位置的影响.结果表明0值位置主要受光栅缝宽、介质层高度和介质折射率的影响,而与金属层光栅的高度无关.其影响规律为偏振滤波器的设计提供了参考.

基于X光光刻的亚波长光栅

描述了一种新的亚波长光栅的微细加工技术,即X光光刻得到相应的亚微米级的线宽图形,再利用显影技术获得了高深宽比的立体亚波长光栅.用此纳米加工技术获得了栅距为500 nm、250 nm、150 nm,光栅高度为1900nm的特殊纳米光栅模具,开发了纳米无反射结构,并研制成功了亚波长光栅.该亚微米线宽微细加工技术可用于布拉格光栅、DVD读写头、无反射表面等需要亚微米结构的器件中.

亚波长光栅衍射效率特性设计的遗传算法优化

亚波长光栅中的衍射需要使用矢量衍射理论进行分析,其衍射效率与多个因素有关,对任意面形、任意入射条件的亚波长光栅的衍射来说,使用严格的耦合波理论进行分析计算可以得到数值解。通过分析不同参数条件下的衍射特性和衍射效率对各个参数的敏感性,获得了对衍射效率影响最大的光栅参数——槽深。用接近衍射效率曲线的抛物线作为目标函数建立了适应度函数。使用遗传算法进行优化,得到了所期望的衍射效率滤波特性,从而完成了具有防伪功能的亚波长光栅的设计。

抗反射亚波长光栅的特性研究

利用矢量衍射理论的数值求解方法，研究了亚波长光栅结构参数对反射率的影响，特别是基底厚度对反射率的影响，这些为设计和制作具有优良的抗反射性能的二元光学元件提供了设计依据。

双层交叉叠合式共振亚波长光栅

提出了一种防伪光栅结构-双层交叉叠合式共振亚波长光栅,其特点是可以展宽共振亚波长光栅的共振波长宽度,使得当将其应用于防伪时能得到更佳的光变效果。分析了半峰全宽展宽的原理,指出共振宽度值的大小依赖于耦合到光栅波导层内一级衍射光的能量。优化设计了此种光栅的结构参量。用矢量衍射理论对该结构的共振特性和制作工艺误差进行了研究。研究表明:这种防伪光栅的共振光谱峰值并不随着入射角的改变而降低,共振半峰全宽最大值约为同等条件下基本共振光栅结构的7倍,该结构的共振性能对光栅制作误差不是很敏感,是一种应用价值较高的防伪光栅结构。

基于亚波长光栅理论的二维光子晶体的禁带特性研究

本文根据光子晶体自身的结构特点,提出适合于二维光子晶体的光栅组模型,从而利用光栅的矢量衍射理论来分析光子晶体的禁带结构。采用该方法,本文讨论了几类典型的二维光子晶体的禁带特性。

用于谐波分离的三角形槽亚波长光栅设计

根据亚波长光栅的导模共振异常特性,提出三角形槽亚波长光栅实现惯性约束聚变驱动器谐波分离的技术方案.定义了用于描述谐波分离性能优劣的谐波分离品质函数,对影响三角形槽亚波长光栅的谐波分离品质函数的光栅参量进行了详细的分析,基于矢量衍射理论设计了能够实现谐波分离的三角形槽亚波长光栅,确定了用于谐波分离的三角形槽亚波长光栅的设计思路和方法.

用于谐波分离的三角形槽亚波长光栅误差分析

干净有效地实现3种谐波的分离,避免剩余无用的基频光和二倍频光对物理实验的影响,是目前高功率固体激光驱动器一直面临的难点,采用亚波长光栅进行谐波分离是一种全新的方法。基于能够实现高功率固体激光驱动器中3种谐波分离的三角形槽亚波长光栅设计参数,利用基于矢量衍射理论开发的商用软件Gsolver,分析光栅周期、入射角、占空比、刻槽深度等光栅参数对亚波长光栅谐波分离的能力,即三倍频光衍射效率的影响。结合谐波分离的基本要求,给出了亚波长光栅的加工误差要求:满足谐波分离的亚波长光栅的各项参数的误差范围均在亚微米量级,其中加工精度要求最高的是刻槽深度。为亚波长光栅应用于高功率固体激光驱动器谐波分离提供了理论支持。

抗反射亚波长光栅的特性研究

抗反射亚波长光栅的特性研究王植恒傅克祥文军王磊（四川大学物理系成都６１００６４）本文利用矢量衍射理论的数值求解方法，研究了亚波长光栅结构参数（光栅深度、基底厚度、占空比、光栅周期）对反射率的影响，发现不仅光栅深度、占空比、光栅周期对反射率存在影响，而...

基于巯基-烯材料的亚波长光栅制备方法研究

针对亚波长光栅结构和特性要求,本文提出了一种基于巯基-烯材料的亚波长光栅的制备方法。该方法利用柔性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)亚波长光栅结构为压印模板,以巯基-烯材料作为压印胶,利用紫外光固化软印刷技术制备以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为波导层的巯基-烯材料亚波长光栅。本文对巯基-烯亚波长光栅三层结构进行了模拟仿真,并利用该方法制备了周期为300 nm的巯基-烯亚波长光栅,仿真和实验结果表明该光栅可以在特定角度反射波长为448 nm～482 nm的蓝光,实验现象与仿真结果一致,表明提出的方法可以有效的制备聚合物材料亚波长光栅。同时该方法操作简单、成本低、易于大批量复制,在微纳米结构制备方面具有广阔的应用前景。