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表面覆膜波导光栅共振光谱特性及传感机理分析 被引量:3
1
作者 陈颖 赵志勇 +4 位作者 何磊 韩帅涛 朱奇光 翟应俭 李少华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期2320-2324,共5页
基于波导光栅共振原理和古斯-汉欣(Goos-Hnchen)位移理论,提出一种表面覆膜波导光栅传感结构,并研究其共振光谱特性。通过在光栅表面涂覆低折射率聚合物功能膜层优化其共振光谱特性,选用多孔硅作为待测物承载单元,可以使光学探针更充... 基于波导光栅共振原理和古斯-汉欣(Goos-Hnchen)位移理论,提出一种表面覆膜波导光栅传感结构,并研究其共振光谱特性。通过在光栅表面涂覆低折射率聚合物功能膜层优化其共振光谱特性,选用多孔硅作为待测物承载单元,可以使光学探针更充分地接触待测样本,从而提高其检测性能。根据波导光栅共振相位条件,建立了共振波长和样本折射率之间的数学模型,通过检测共振位置的改变进而对样本浓度进行检测。研究表明,该表面覆膜波导光栅传感结构具有线型对称和窄线宽的共振光谱特性,可实现高品质因数(Q值)和高灵敏度的传感特性,其Q值为1 488,对折射率的检测极限可达5×10^(-4) RIU(RIU为折射率单位)。通过检测不同浓度的葡萄糖溶液对其传感特性进行验证分析,结果表明,共振波长与葡萄糖溶液浓度之间具有良好的线性关系,对葡萄糖溶液的检测灵敏度为1.12nm/1%,证明了该表面覆膜波导光栅传感结构的有效性,可以用于对低浓度样本溶液的实时动态监测,并为波长调制型光学折射率传感器的研究提供理论指导。 展开更多
关键词 折射率传感 波导光栅共振 表面覆膜 光谱分析 多孔硅
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全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器
2
作者 樊丽娜 沙金巧 曹召良 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期493-500,共8页
本文提出并展示了一种全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器。通过优化光栅层厚度,使其能够在支持TE导模的同时抑制TM导模。本文设计的滤波器呈现出可调谐的单一反射峰,峰值反射率理论上可达100%。当入射角改变时,共振... 本文提出并展示了一种全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器。通过优化光栅层厚度,使其能够在支持TE导模的同时抑制TM导模。本文设计的滤波器呈现出可调谐的单一反射峰,峰值反射率理论上可达100%。当入射角改变时,共振波长可以由642.5 nm调节至484.6 nm。该反射峰是由一级衍射波与TE导模(基模)之间的共振效应所产生的。同样地,通过按比例增加光栅层的厚度和周期可实现应用于更高动态范围的可调谐滤波器。 展开更多
关键词 可调谐滤波器 共振波导光栅 入射角 全圆锥装配
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亚波长光栅的可见光共振特性研究 被引量:4
3
作者 陈永利 赵达尊 +2 位作者 张静方 朱军 王晓利 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期527-531,共5页
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... 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. 展开更多
关键词 亚波长光栅 可见光 光栅共振 优化设计
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双层交叉叠合式共振亚波长光栅 被引量:2
4
作者 陈永利 赵达尊 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期1147-1150,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 共振亚波长光栅 半峰全宽展宽 层叠光栅 光变图像防伪
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兼具反射和透射模式的共振波导光栅滤波器的设计 被引量:2
5
作者 樊丽娜 马军山 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1147-1157,共11页
目前,应用于生物传感系统的共振波导光栅窄带滤波器仅能实现反射或透射的单一滤波模式。为了扩展被检样品的种类和提高样品的检测准确度,本文基于导模共振效应设计了兼具反射和透射模式的共振波导光栅滤波器。首先,基于经典的一维共振... 目前,应用于生物传感系统的共振波导光栅窄带滤波器仅能实现反射或透射的单一滤波模式。为了扩展被检样品的种类和提高样品的检测准确度,本文基于导模共振效应设计了兼具反射和透射模式的共振波导光栅滤波器。首先,基于经典的一维共振波导光栅结构,通过调节入射条件,设计了在同一波长(632.8 nm)处反射-透射模式可转换的滤波器,该滤波器在两种模式下均具有优良的滤波性能,光谱效率高于98%,Q因子大于1000。然后,从物理机制层面出发,分析了同一器件实现两种滤波模式的共振机理。结果表明:不同入射条件下,同一共振波导光栅结构在设计波长处可实现反射-透射窄带滤波模式的转换。 展开更多
关键词 共振波导光栅 导模共振 反射模式 透射模式 经典入射 全圆锥入射
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基于导模共振效应的自支撑超灵敏生物探测器 被引量:4
6
作者 郭凌伟 麻健勇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1483-1487,共5页
基于多层平面波导理论,采用自支撑共振光栅,提出了一种应用于生物探测领域的超高准确度传感器.理论计算表明,本文提出的生物传感器,其探测准确度于共振光栅的周期成正比,接近基于共振效应传感器的理论极限.采用单层共振光栅的归一化色... 基于多层平面波导理论,采用自支撑共振光栅,提出了一种应用于生物探测领域的超高准确度传感器.理论计算表明,本文提出的生物传感器,其探测准确度于共振光栅的周期成正比,接近基于共振效应传感器的理论极限.采用单层共振光栅的归一化色散方程,计算了色散曲线随探测介质折射率的变化关系,从而证明了其探测准确度.此外,基于此共振光栅结构,设计了工作在近红外和中红外波段的生物探测器,分别应用于液体(1.3~1.7)和气体探测,折射率的分辨能力在近红外波段可以达到1×10-5,在红外波段优于1×10-6,能满足绝大多数生物材料的探测.相比于传统的基于导模共振效应的共振传感器,本文提出的生物传感器,其探测准确度有一至两个数量级的提高. 展开更多
关键词 导模共振光栅 生物探测器 自支撑光栅 严格耦合波算法
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基于全介质共振域光栅的偏振器件设计与制备 被引量:2
7
作者 魏张帆 胡敬佩 +3 位作者 张冲 董延更 曾爱军 黄惠杰 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期28-34,共7页
基于共振域光栅的特性,采用商用绝缘硅片设计并制备了一种用于近红外通信波段的高性能偏振器件。在1.460~1.625μm的波长范围内,利用时域有限差分算法设计了一种周期为0.98μm的全介质共振域光栅,该光栅的消光比最大值为55 dB。根据设... 基于共振域光栅的特性,采用商用绝缘硅片设计并制备了一种用于近红外通信波段的高性能偏振器件。在1.460~1.625μm的波长范围内,利用时域有限差分算法设计了一种周期为0.98μm的全介质共振域光栅,该光栅的消光比最大值为55 dB。根据设计结果,采用电子束直写曝光技术对该偏振光栅进行了实验制备,并进行偏振性能测试。结果表明,该光栅的横向磁场偏振光透过率约在80%以上,消光比在20 dB以上,最大值可达到32 dB,与仿真结果基本一致。相比于传统亚波长金属光栅的周期需要小于1/4入射光波长才能起偏的性质,该偏振光栅在周期为近波长的条件下即有较好的偏振性能,在制备上降低了光刻工艺的难度。此外,该偏振器件是基于商用绝缘硅片制备,与现有的成熟半导体工艺兼容,具有较强的集成性和实用性。 展开更多
关键词 光学器件 偏振器 绝缘硅片 共振光栅 透过率 消光比
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基于亚波长超窄带滤波器设计 被引量:1
8
作者 杨双月 谷一英(指导) +4 位作者 胡晶晶 李晓洲 赵明山 韩秀友 武震林 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第S01期57-63,共7页
根据严格耦合波理论(RCWA),提出了一种基于亚波长的双导模共振(GMR)光栅透射型滤波器的结构设计,其工作原理是利用对称式双GMR光栅将电磁能量全部集中在结构的波导层中,从而产生高效的共振峰。利用两个单GMR光栅串联,光栅间分别为无空... 根据严格耦合波理论(RCWA),提出了一种基于亚波长的双导模共振(GMR)光栅透射型滤波器的结构设计,其工作原理是利用对称式双GMR光栅将电磁能量全部集中在结构的波导层中,从而产生高效的共振峰。利用两个单GMR光栅串联,光栅间分别为无空气间隙和间隔2.13滋m空气层两种结构。仿真结果表明,无空气间隙的双GMR光栅串联结构可实现在波长1550 nm处的滤波,其峰值透射率约为100%,半峰宽(FWHM)可达0.012 nm;有空气间隙双GMR光栅串联结构将GMR与法布里-珀罗共振(FPR)相结合,在共振波长1550 nm处的峰值透射率约为100%,FWHM为0.15 nm,并获得了平顶滤波曲线,平坦度约为0.1 d B,上述两种结构滤波器可用于光信息处理与光传感等领域。 展开更多
关键词 亚波长结构 导模共振光栅 透射滤波器 超窄带光滤波器
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微纳光学器件的研究进展 被引量:1
9
作者 田泽安 白爱芳 《贵州大学学报(自然科学版)》 2018年第6期20-26,共7页
工作在亚波长尺度的微纳光子学器件,具有良好的光子集成性和光学性能优势,广泛用于图像显示、遥感技术和传感应用等方面。根据国内外的研究进展,本文系统地介绍了各类微纳光学器件近十年以来的研究成果,简要阐述了基于特殊微纳结构的颜... 工作在亚波长尺度的微纳光子学器件,具有良好的光子集成性和光学性能优势,广泛用于图像显示、遥感技术和传感应用等方面。根据国内外的研究进展,本文系统地介绍了各类微纳光学器件近十年以来的研究成果,简要阐述了基于特殊微纳结构的颜色滤光片、基于金属表面等离子体效应的滤光片、基于导模共振光栅滤光片、基于光栅结构的滤波偏振分束器和微纳结构宽波段吸收器等五种光子学器件的发展现状,提出有待进一步研究的问题,对未来的研究内容和发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 微纳结构 等离子体效应 导模共振光栅 光栅结构 颜色滤光片 宽波段吸收器 偏振分束器 吸收器
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Optimization of a fiber grating film sensor based on dual peak resonance
10
作者 GU Zheng-tian Xu Yan-ping DENG Chuan-lu 《Optoelectronics Letters》 EI 2008年第2期106-109,共4页
Based on the dual peak resonance of long-period fiber grating(LPFG), a novel film sensor is presented, in which films sensitive to the surrounding gases are coated on the cladding of the fiber grating region, and th... Based on the dual peak resonance of long-period fiber grating(LPFG), a novel film sensor is presented, in which films sensitive to the surrounding gases are coated on the cladding of the fiber grating region, and the intervals of the dual peak resonant wavelengths change with the film refractive index. According to the coupled-mode theory, a triple-clad numerical model is developed to analyze the relation between the sensitivity Sn and the thin film optical parameters (the film thickness h3 and the refractive index n3) and the fiber grating parameters (the grating period A and the core index modulation σ). By using optimization method, the optimal film optical parameters and the grating structure parameters are obtained. Numerical simulation shows that the sensitivity of this scheme to refractive index of the films is predicted to be more than 10-7. The theoretic analysis provides straightforward foundation for the actual highly sensitive film sensors. 展开更多
关键词 纤维光栅 薄膜 敏感器 共振
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Sensing characteristics of a metal film coated long-period fiber grating
11
作者 WANG Yan LIU Jia-ping +2 位作者 LIU Ji-hong HU Xing-liu FANG Ting 《Journal of Measurement Science and Instrumentation》 CAS CSCD 2017年第1期89-96,共8页
To obtain the influence rules of the coating parameters of a long-period fiber grating(LPFG)with respect to temperature,strain and refractive index sensing properties,based on the mode coupling theory,a strict four-la... To obtain the influence rules of the coating parameters of a long-period fiber grating(LPFG)with respect to temperature,strain and refractive index sensing properties,based on the mode coupling theory,a strict four-layer theorietical model of a metal film coated LPFG is established,and these parameters that affect the spectral characteristics of the metal film coated LPFG are studied.The simulation results show that there is an optimal metal film thickness on the surface of the LPFG that will induce the surface-plasmon resonance(SP R)effect,which results in higher sensitivity to the environmental temperature and refractive index but has little influence on the strain There is theoretical evidence that when the silver thickness is between0.8and1.2nm,the refractive index sensitivity will reach the peak point of42.4026,at which the refractive index sensor sensitivity is increased by4.S%.The theoretical results of coating a long-period fiber grating provide a good theoretical basis and guidance for LPFG design and parameters optimization 展开更多
关键词 metal film coated long-period fiber grating (L P FG ) surface plasmon resonance (SP R ) transmission spectrum sensing characteristics
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Resonant Effects of FPL and SPP for Light Transmitting through Subwavelength Metallic Gratings
12
作者 马佑桥 周骏 +2 位作者 何苗 L.Petti P.Mormile 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2011年第10期727-732,共6页
A new model is proposed to explain the physical mechanism of the extraordinary transmission enhancement in subwavelength metallic grating.The extraordinary transmission enhancement is described by the co-operation of ... A new model is proposed to explain the physical mechanism of the extraordinary transmission enhancement in subwavelength metallic grating.The extraordinary transmission enhancement is described by the co-operation of Fabry-Perot-like(FPL) resonance and the surface plasmon polariton(SPP) resonance.The rigorous coupled-wave analysis(RCWA) and the finite difference time domain(FDTD) method are employed to illustrate the model by calculating the transmission and the field distributions in the subwavelength metallic grating,respectively.And the numerical calculations show that transmission enhancement is achieved when the coupling resonance of the incident light,the surface plasmon polariton mode and the Fabry-Perot-Like mode is happened,which are in good agreement with the proposed model. 展开更多
关键词 GRATINGS subwavelength structures optics at surfaces surface plasmons
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深紫外光栅反常偏振器件的设计与分析 被引量:9
13
作者 张冲 胡敬佩 +4 位作者 周如意 刘铁诚 Sergey Avakaw 曾爱军 黄惠杰 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期41-47,共7页
为实现金属光栅偏振器件在光刻机偏振照明系统中的应用,基于共振域光栅的反常偏振效应,提出一种以二氧化硅为基底、铝与氟化镁作为栅线材料的介质-金属光栅偏振器。与传统的亚波长金属光栅偏振器相比,该偏振器的光栅周期接近入射波长(0.... 为实现金属光栅偏振器件在光刻机偏振照明系统中的应用,基于共振域光栅的反常偏振效应,提出一种以二氧化硅为基底、铝与氟化镁作为栅线材料的介质-金属光栅偏振器。与传统的亚波长金属光栅偏振器相比,该偏振器的光栅周期接近入射波长(0.19~0.20μm),表现出透射TE偏振光、反射TM偏振光的反常特性。由时域有限差分算法(FDTD)的数值模拟结果可得,当波长为0.193μm的光垂直入射时,该光栅偏振器对TE偏振光的透过率大于60%,偏振消光比大于180。与具有相同结构参数和栅线材料的单层金属光栅偏振器相比,该介质-金属光栅偏振器在深紫外波段具有良好的偏振性能,TE偏振光透过率提升了约10%,偏振消光比提升了4.5倍左右(在0.193μm波长下)。 展开更多
关键词 激光光学 深紫外波段 共振光栅 反常偏振效应 光栅偏振器件 偏振性能
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基于凹型谐振光栅的高性能光学折射率传感器 被引量:5
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作者 包益宁 刘秀红 +4 位作者 胡劲华 韩海燕 朱巧芬 席思星 余九州 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期217-222,共6页
基于导模共振效应的光栅传感器因具有无需荧光标记、易于集成、能实时检测等优点在生物医学传感领域得到了广泛应用。然而,该类型传感器存在品质因子和灵敏度相互制约的问题。为此提出一种凹型光栅结构,也就是在周期性光栅的每一个单元... 基于导模共振效应的光栅传感器因具有无需荧光标记、易于集成、能实时检测等优点在生物医学传感领域得到了广泛应用。然而,该类型传感器存在品质因子和灵敏度相互制约的问题。为此提出一种凹型光栅结构,也就是在周期性光栅的每一个单元中引入凹型微结构,增强光场与检测物质的相互作用,进而提升传感器的品质因数。利用严格耦合波算法设计了器件结构,分析器件的本征模式,阐明其物理机理。仿真结果表明,该器件的品质因数可达到6562.5。本研究工作将为研制基于微纳结构的高性能集成光学传感器提供研究基础。 展开更多
关键词 集成光学 集成光学传感器 品质因数 导模共振光栅 严格耦合波分析
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Design and performance test of a two-axis fast steering mirror driven by piezoelectric actuators 被引量:4
15
作者 方楚 郭劲 +3 位作者 杨国庆 姜振华 徐新行 王挺峰 《Optoelectronics Letters》 EI 2016年第5期333-336,共4页
A novel design of a two-axis fast steering mirror(FSM) with piezoelectric actuators is proposed for incoherent laser beam combination. The mechanical performance of the FSM is tested. The results show that the tilting... A novel design of a two-axis fast steering mirror(FSM) with piezoelectric actuators is proposed for incoherent laser beam combination. The mechanical performance of the FSM is tested. The results show that the tilting range of the mirror is about 4 mrad, and the 1st-order resonance frequency is about 250 Hz. A self-designed grating encoder is taken as the sensor, which ensures the optimal precision of 10 μrad. The novel mechanical design can meet the requirement of engineering in incoherent laser beam combination. 展开更多
关键词 mirror piezoelectric grating steering encoder requirement scanner absolute elliptical inertia
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Refractive Index and Strain Sensitivities of a Long Period Fiber Grating 被引量:2
16
作者 Quandong Huang Yongqin Yu +4 位作者 Zhilong Ou Xue Chen Jishun Wang Peiguang Yan Chenlin Du 《Photonic Sensors》 SCIE EI CAS 2014年第1期92-96,共5页
A long period fiber grating (LPFG) fabricated upon the all-solid photonic bandgap fiber by CO2 laser irradiation was investigated, and its resonance wavelength was at 1335.76nm with a modulation depth of 15dB and a ... A long period fiber grating (LPFG) fabricated upon the all-solid photonic bandgap fiber by CO2 laser irradiation was investigated, and its resonance wavelength was at 1335.76nm with a modulation depth of 15dB and a 3-dB bandwidth of 2.6nm. We studied its strain, temperature, and index sensor characteristics, the strain sensitivity of 0.992 pm/m was obtained by using linear fit, and the relationship between the refractive index and wavelength obeyed the distribution of quadratic function. Also, we demonstrated its temperature response was relatively insensitive (21.51 pm/~C). 展开更多
关键词 Long period fiber grating strain sensors index sensors
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