变周期亚波长介质光栅多层膜的双重Fano共振特性

现在众多传感结构模型只能对单变量待测样本折射率进行传感检测,为实现不同待测样本的高通量检测并降低环境因素的干扰,提出了一种基于波长调制的变周期亚波长介质光栅多层膜复合结构。以双周期为例进行分析,变周期光栅层由两个具有不同光栅周期的介质光栅A和B组成,通过有限元法对传输特性进行分析,TE偏振入射光以垂直于光栅层表面的方式入射至介质光栅表面,当在介质光栅区域A和B内分别满足相位匹配条件时,变周期亚波长介质光栅会形成GMR,提供两个具有单一窄带的双离散态共振缺陷峰;由于类F-P腔中含有周期性光子晶体,光波传播到光子晶体会产生光子禁带,提供一个较宽频带的连续态。在满足相位匹配条件时,变周期亚波长波导结构中形成的双离散态共振缺陷峰与周期性光子晶体多层介质薄膜构成的类F-P腔中形成的连续态发生耦合,实现双重Fano共振。然后通过探究波导层厚度dw和光子晶体周期数N对传感特性的影响,选择dw=97 nm和N=3,使其达到FOM值最大。最终因变周期介质光栅层是由两种具有不同介质折射率的材料构成,在介质光栅区域A和B的光栅凹槽部分可设置两个传感检测单元,建立基于波长调制的双重Fano共振全电介质传感模型,设置不同的传感检测区域,发现双重Fano光谱曲线在不同传感检测区域内都能随着ns1和ns2变化,间接实现了对待测样本折射率的动态检测,因而可在同一传感结构模型中实现对不同待测样本折射率区间的多变量检测。结果表明,在传感检测单元A内,FR1和FR2的FOM值分别为631.53和463.7 RIU^(-1);在传感检测单元B内,FOM值分别为480.67和834.04 RIU^(-1)。所设计的传感结构模型通过结构参数优化,实现了传感结构的高反射率、高FOM值和较宽的检测范围,对双重Fano共振提供了理论参考,对待测样本折射率的多变量检测具有一定的研究价值。

基于新型非周期高对比度亚波长光栅光电探测器

本文提出了一种基于新型非周期高对比度亚波长光栅(High Contrast Subwavelength Grating,HCSG)的谐振腔增强型(Resonant Cavity Enhanced,RCE)光电探测器(Photodetector,PD),该器件是由顶部光栅型上反射镜、PIN光探测结构和分布式布拉格下反射镜(Distributed Bragg Reflectors,DBR)组成。新型非周期HCSG上反射镜是由局部湿法氧化后形成的Al2O3间隔层和非周期GaAs光栅组成,实现了850 nm波段TM模式偏振光的高反射会聚特性,反射率达到了86.5%且在1.5μm焦距处实现了光束会聚。下反射镜是由周期GaAs光栅和GaAs/Al0.9Ga0.1As DBR组成,周期GaAs光栅对入射光有偏振选择特性,对TM模式的偏振光透射率为96.1%,而对TE模式的偏振光透射率仅有3.7%。该器件利用了传输矩阵理论方法仿真模拟了其量子效率,量子效率达到了71.8%,半高全宽接近于0.1 nm。有效的解决了光电探测器的高量子效率和高响应带宽相互制约的问题,为下一代光通信系统的发展提供了良好的基础。

基于等离激元效应的近红外偏振滤光片的模拟研究

本文基于表面等离子激元(SurfacePlasmons, SPs)理论,结合有限时域差分法(Finite Difference Time Domain method, FDTD)对周期性亚波长金属光栅的偏振特性进行了模拟研究,并利用等效介质理论分析了亚波长光栅产生偏振的原因,深入分析入射波长在0.8~1.7 μm内,亚波长金属光栅的周期、占空比、厚度以及金属材料对透射光偏振特性的影响。结果表明Al和Au的共同之处是都可以对金属光栅产生偏振调控,不同之处是Al对于消光比的调控较明显、Au对于透过率的调控较明显。此外亚波长金属光栅的周期与透过率、消光比均成正比;占空比与透射率成正比,与消光比成反比;光栅厚度对消光比的影响较明显。本研究为偏振光谱成像芯片的核心部件近红外偏振滤光膜系的应用奠定了基础。

具有偏振分束功能的894nm垂直腔面发射激光器

垂直腔面发射激光器是先进光学信息系统的关键器件之一,具有低成本、低发散角、窄线宽等优点。为满足垂直腔面发射激光器在微型原子钟、军事通信等领域的应用,优化激光器的结构参数来改善腔模位置以及在顶层集成光栅改善出光信号的光场分布就变得尤为重要。基于增益腔模失谐技术以及光栅优异的光束会聚、偏振分束功能,提出一种基于非周期性亚波长光栅的894 nm垂直腔面发射激光器。利用光栅的偏振分束功能,可使器件输出端口的消光大于30 dB。通过改善腔模位置以及氧化孔径,器件在20~90℃范围内基本工作性能保持稳定,在85℃环境下工作波长满足微型原子钟的要求,输出光功率为2 mW,为下一代微型原子钟、军事通信等的发展提供了良好的理论基础。