二维亚波长光栅严格耦合波分析理论的研究

研究了二维亚波长光栅的严格耦合波分析(RCWA)理论,并分析了其数值稳定性。针对耦合波理论数值计算中出现数值溢出的可能性提出了一种提高数值稳定性的方法,并给出了数值稳定性(能量守恒与数值收敛)的验证,结果表明,能量守恒与数值收敛被很好地满足。

RCWA方法设计阶梯形光学生物分子检测探针

设计了一种阶梯形光学生物分子检测探针,并利用严格耦合波分析(RCWA)法计算了此探针的反射光谱的反射效率。模拟结果表明,此探针的反射谱中特定峰值处,探针周围的待测物折射率与探针的入射角间呈线性变化,且探针反射效率与待测物折射率和入射角均符合左半高斯型曲线分布。所以,既可应用入射角来反映待测物折射率的变化,也可利用反射效率的变化反映待测物折射率的变化。基于此研究的方法和结果可广泛应用于生物传感器和生物分析等研究领域。

一种缺陷阶梯型光学生物传感器的设计

针对目前酶、蛋白质等重要生物分子在检测中的问题,该文设计了一种缺陷阶梯型光学生物传感器,用严格耦合波分析(RCWA)法计算此传感器反射光谱的反射率。由模拟结果可得,传感器反射光谱的特定波峰处,激光的入射角度与待测生物分子折射率有良好的线性关系,且在75.4°固定的激光入射角度下,传感器反射光谱中的反射率与待测生物分子的折射率也有良好的线性关系。基于此结论可知,不仅可由传感器反射光谱的反射率得到待测生物分子的折射率,也可由激光的入射角度来得到待测生物分子的折射率,进而获取待测生物分子的信息。

铝基微结构光栅几何参数反演

微结构光栅是一种广泛应用的电子元件。采用随机微粒群优化(SPSO)算法反演了一维铝基衬底矩形光栅的几何结构参数。首先介绍了严格耦合波分析(RCWA)法和微粒群优化算法的基本原理,并采用RCWA法求解了光栅内电磁场问题;然后根据正问题求得的光栅光谱反射率建立目标函数,并采用SPSO算法优化目标函数,反演得到单槽和双槽矩形光栅的周期、凸脊宽度和凹槽深度;最后分析了种群大小和搜索区间对反演结果的影响。结果表明,SPSO算法可以准确地反演光栅几何结构参数,并推荐种群数取30。