ANALYSIS OF DISPERSION CHARACTERISTICS FOR A CIRCULAR DIELECTRIC WAVEGUIDE WITH PERIODIC METALLIC STRIPS

The dispersion characteristics of a circular dielectric waveguide with periodic metal-lic strips are analyzed by the Galerkin’s method.After obtaining the rigorous dispersion equation,the dispersion curves for both TE01and TM01modes are calculated by the improved Newton’smethod.The variations of the normalized center frequency,width and maximum attenuation con-stant of the stopband with the normalized width of the metallic strips are given.The convergenceproperties of numerical solutions are also discussed.On the basis of the analysis,some usefulguidelines for filter design are thereby suggested.

退火温度对宽带脉冲压缩光栅载体金属/介质多层高反膜的影响

分别以金(Au)作为金属层材料,氧化铪(HfO2)与氧化硅(SiO2)作为高低折射率层材料,利用物理气相沉积方法制备了用于宽带脉冲压缩光栅制作的金属/介质多层高反膜,研究了退火温度对其表面均方根粗糙度、反射率及抗化学清洗破坏能力的影响。实验结果表明:退火前后样品表面均方根粗糙度变化很小;提高退火温度能提高金属/介质多层膜的抗化学清洗破坏能力,但反射率会随之下降。250℃退火10 h后金属/介质多层膜不仅可以承受住化学清洗过程,而且反射率下降也比较小,可以作为金属/介质多层膜的最佳退火工艺。

高衍射效率金属介质膜光栅的设计及性能分析

基于严格耦合波理论,分析了金属介质膜光栅的衍射性能,以-1级衍射效率为评价函数,研究了表面浮雕结构分别为HfO2和Si O2材料的金属介质膜光栅,获得衍射效率优于99%的结构参数。数值计算表明,当顶层光栅结构为HfO2和Si O2的槽深分别为80nm和225 nm时,在1 053 nm处获得接近100%的衍射效率。

槽区加载介质矩形格栅慢波结构的色散与增益

建立了槽区内加载介质的格栅慢波结构模型.通过Borgnis函数法和场匹配法得到冷态和热态色散方程.并推导了耦合阻抗的表达式.在稀疏电子注的假设下,求得增益近似解的表达式.通过数值方法,求解并分析了加载介质对色散关系、基波耦合阻抗、基波相速和基波增益的影响.并指出分别在槽内加载介质和格栅对侧加载介质对高频特性的不同影响趋势.

金属栅加载圆形介质波导传播特性的分析

本文采用Galerkin方法分析了金属栅加载圆形介质波导在圆对称模激励时的传播特性。在推得了严格的色散方程之后,给出了TE模和TM模的色散曲线,以及禁带宽度、禁带中心频率和带内最大衰减随金属条带宽度变化曲线,并讨论了数值解的收敛特性。

基于金属-介质-金属结构的反射式彩色滤光片特性研究

研究了金属-介质-金属结构在可见光波段的反射滤光特性。该结构由柔性透明基底、金属层、介质-金属纳米光栅结构组成。利用严格耦合波分析法(RCWA)模拟了TM偏振光入射时,亚波长介质-金属光栅的占宽比、周期和厚度等结构参数对反射光谱特性的影响。理论模拟结果表明:光栅的结构参数变化可改变反射波段,进而调节滤光颜色。在此基础上,进一步优化结构参数,得到了基于减色法的彩色滤光片结构,获得了青色、品红色和黄色三原色。该结构的主要优点是,当入射角在0～45°范围内变化时,反射光谱谷值位置和反射带宽基本不变。本文所提出的结构特别适合用于反射式彩色显示。

表面等离子体无掩膜干涉光刻系统的数值分析(英文)

表面等离子体激元具有近场增强效应,可以代替光子作为曝光源形成纳米级特征尺寸的图像.本文数值分析了棱镜辅助表面等离子体干涉系统的参量空间,并给出了计算原理和方法.结果表明,适当地选择高折射率棱镜、低银层厚度、入射波长和光刻胶折射率,可以获得高曝光度、高对比度的干涉图像.入射波长为431nm时,选择40nm厚的银层,曝光深度可达200nm,条纹周期为110nm.数值分析结果为实验的安排提供了理论支持.

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.

基于表面等离激元的金属波导全光开关设计

利用金属表面等离激元(SPP)对光波的束缚和局域增强作用,设计了一种基于金属-电介质-金属波导布拉格光栅的全光开关。根据波导的电介质材料及其结构对有效折射率的调制作用,确定了开关各结构组成部分的材料和尺寸。通过引入金属波导滤波结构对抽运光和信号光进行了有效地分离,防止了抽运光对信号光及后续光路的干扰。使用时域有限差分算法(FDTD)对开关性能进行仿真,结果表明:新设计的全光开关在抽运光的光强为50 MW/cm2时其消光比达到7.32 d B,开关响应时间小于2 ps,结构的横向尺寸约为400 nm。

宽光谱高衍射效率脉宽压缩光栅设计和性能分析

基于飞秒激光对脉宽压缩光栅宽光谱和高衍射效率的要求,提出了一种金属介质膜结构的宽光谱高衍射效率脉宽压缩光栅,该光栅由基底、金属介质膜和表面浮雕结构组成。为获得宽光谱高衍射效率的脉宽压缩光栅,采用严格耦合波理论对金属介质膜光栅的结构参数进行优化设计。数值分析表明当金属介质光栅的槽深、剩余厚度、占空比和入射角分别为272nm,10nm,0.23和54°时,对于中心波长为800nm的TE波,其-1级衍射效率在732～886nm内优于97%,有效工作带宽达150nm。

电子束沿多层膜表面运动时产生的电磁辐射

电子束沿多层膜表面运动时会产生自发辐射。分析自发辐射的精确波长公式、自发辐射中电子束品质的变化规律和电子自发辐射的功率后得出:电子束沿金属-介质多层膜表面运动时产生自发辐射,电子束内各种速度的电子数都按指数规律变化,实际电子束自发辐射的总辐射功率与金属-介质多层膜的空间周期成反比。

飞秒激光用超宽带金属介质膜光栅的优化设计和工艺容差分析

基于严格耦合波理论,提出了金属介质膜光栅(MMDG)的带宽评价函数和波长偏离评价函数,并对宽光谱MMDG结构参数进行优化。数值模拟分析表明,当MMDG的槽深为290nm、剩余厚度为10nm、占空比取0.28和入射角为60°时,对以1053nm为中心波长的TE波,其-1级衍射效率优于97%的带宽达到190nm。对结构参数分析表明,设计的宽光谱MMDG工艺容差比较大,满足光栅的制备要求。

一种基于介质光栅金属薄膜复合结构的折射率传感器

设计了一种基于介质光栅金属薄膜复合结构的折射率传感器。利用He-Ne激光器输出的632.8nm横磁偏振光激发复合结构中的表面等离子体,得到了高灵敏度的折射率传感器。运用有限元方法,数值模拟了具有不同光栅厚度、周期以及折射率的分析物的反射光谱。对占空比为0.5、金属薄膜厚度为45nm的复合结构进行了参数优化,得到最优参数为:光栅厚度100nm、光栅周期500nm。在最优参数条件下,计算了金属薄膜与具有不同折射率的分析物之间的界面共振角的变化,得到了高达500(°)/RIU的角灵敏度。该折射率传感器操作简单、成本低、角灵敏度高,具有很好的应用前景。

等离激元增强金属-硅组合微结构近红外吸收

亚波长光栅结构的光学表面具有减反特性,这种特性在光电转换效率的应用方面具有重要意义。为了提高硅基光栅结构在近红外波段(0.78~2.50μm)的吸收率,采用在硅表面光栅空隙处加入金属Ag纳米颗粒和Al2O3介质层的方法,利用FDTD软件仿真研究不同的组合结构及颗粒的直径对光吸收率的影响,分析不同的工作波长下组合结构中特征截面的光强分布。实验结果表明,当光栅线/间比为1∶1、周期为1μm、周期凹槽内放置两层直径为0.25μm的金属Ag颗粒、且凹槽内金属颗粒上方填充覆盖Al2O3介质层时,该组合微结构在近红外波段范围内的平均吸收率理论上可达到0.463,实现吸收增强的效果。在光电转换器件的应用方面,金属颗粒-硅光栅-介质层组合微结构可以增强光吸收,进而提高光电转换效率。

介质加载复合光栅结构的色散特性研究

提出了一种用于Smith-Purcell器件的介质加载金属光栅周期慢波结构.通过采用本征函数法和单模近似法求解了介质加载金属光栅的"热"色散方程,在同步点得到了注-波互作用的一阶和二阶增长率,分析了光栅槽宽和槽深对色散特性的影响,并研究了电子注参数及其与光栅表面距离等主要参数对增长率特性的影响.结果表明:通过介质加载金属光栅有利于减弱色散,随着介质相对介电常数、槽宽度以及深度的增大,色散曲线变平缓且向低频区移动;当电子注参数变化时,一阶增长率曲线从整体上粗略地描述增长率变化趋势,二阶曲线则更精细地描述增长率相应值的变化.利用软件MAGIC对该结构的色散特性进行了二维模拟,模拟结果与理论计算值符合良好.

基于梯形介质光栅金属薄膜结构的折射率传感器

提出了一种基于梯形介质光栅金属薄膜结构的折射率传感器。利用有限元方法,研究了不同光栅厚度、梯形参数以及不同折射率下待分析液体的反射谱线。对传感器结构参数进行优化,得到了传感器的角灵敏度。考虑由反射谱线共振峰的对称移动导致的角灵敏度加倍效应,当待分析液体折射率从1.33变化到1.34时,传感器角灵敏度可达845.23(°)/RIU(RIU为折射率单位);从1.34变化到1.35时,传感器角灵敏度可达1283.14(°)/RIU,并且该传感器具有更宽折射率范围的检测应用。梯形参数对传感器的角灵敏度起着决定性的作用,具有最大灵敏度的传感器结构能形成对比度最大的电场分布驻波结构。