基于表面等离子体激元的新型金属光栅波导的研究

对基于表面等离子体激元的五层金属光栅透射现象进行了分析研究。根据仿真得出的透射和发射谱线,分析得出五层金属光栅有良好的增透效果。研究中发现在1 550 nm通信波段附近,通过改变金属光栅的周期长度,可以对反射谱进行波长调谐,实现增透波长的选择。

快速计算阵列波导光栅波导耦合系数的修正重叠积分方法

提出了一种修正的重叠积分方法用以计算阵列波导光栅 (AWG)波分复用器件中光从自由传输区域到阵列波导的耦合系数 ,并和光束传播法 (BPM)数值方法计算得到的结果做了比较 通过比较分析 ,得出结论 :当波导中心距不是太小时 。

基于表面等离子体激元的金属光栅波导分析

通过研究基于SPPs设计的四层光纤布拉格光栅中光信号传输发现,这种新型光波导具有异常的透射和反射现象,且透射谱中具有明显的禁带。文中同时根据透射和发射谱线研究了在1550nm通信波段附近的反射率变化,给出了通过改变光栅周期来对反射谱进行调谐的方法。最后通过数据分析了光栅周期均匀变化时,反射谱波谷的均匀变化规律。

硅基亚波长光栅波导在微波光子学中的应用

为了满足集成微波光子学的发展需要,随着硅基光子学的发展,硅基亚波长光栅波导被提出并受到关注.硅基亚波长光栅具备灵活度高、折射率可调等特性,主要用于实现光学滤波器、调制器、延迟线等集成微波光子学组件.本文对这类器件进行举例与讨论,并且在结尾提出对硅基亚波长光栅波导在集成微波光子学中应用的展望.

平面阵列波导光栅波导模式参量的分析

用周期波导的方法分析平面阵列波导光栅(AWG)的本征方程及波导模式参数,结果表明波导传播常数是带状分布的,与波导间隔有关。分析结果对器件的优化设计有一定的指导意义。

大视场二维扩瞳全息光栅波导设计与加工

为扩大体全息光栅波导的出瞳直径和视场,提出了二维扩瞳和视场扩展的两重体全息光栅波导设计方法。该波导结构的出耦合光栅由两个两重体全息光栅构成,用于实现二维扩瞳。将入射视场分为两条路径传播,每条路径负责一半的视场,最后将两部分视场拼接形成完整视场。该方法不仅扩大了出瞳直径,还有利于增大全息波导系统的视场角。介绍了二维扩瞳视场扩展的光学原理和设计方法,最终实现的系统水平视场为48°,垂直视场为27°,出瞳尺寸为16 mm×13 mm。实验结果验证了所提方法的可行性。该方法在扩瞳的同时有助于扩展视场角,为头戴近眼显示设备提供了具有前景的有效方案。

极紫外光栅波导中TE_(0)模式有效折射率分析

将极紫外光刻掩模板的吸收层视为光栅波导,对光栅波导的最低阶横电模式(TE_(0)模式)进行理论分析。根据光栅波导电场分布的对称性,首先指出其电场分布应为双曲余弦函数cosh(·),并提供了有效折射率的零阶近似值n_(eff,0)。利用有限元软件对TE_(0)模式进行仿真,然后将模拟结果与解析表达式计算结果进行对比,验证理论猜测的准确性。在吸收材料为金和银的情况下,零阶近似值(n_(eff,0))的相对误差已分别小至0.75%和0.96%。在此基础上,进一步推导出了一个简单的适用于非亚波长光栅波导有效折射率(neff)的高阶迭代公式,并用其来减小零阶近似的相对误差。数值模拟结果表明,经过7次迭代后,相对误差已减小到0.11%;经过23次迭代后,相对误差小于10^(-5)。

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

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。

高边缘视场光学效率的衍射波导准直投影镜头设计

随着微型发光二极管(micro-light emitting diode,Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmented reality,AR)显示技术,AR显示系统朝着超小型化方向发展。然而Micro-LED图像源发光角度大,准直投影镜头要求体积小且像质高,其产生的渐晕现象也导致视场(field of view,FOV)边缘处光学效率低、照度不均匀,这对AR光学系统设计造成了挑战。为了解决上述问题,该文基于增加计算得到的非球面场镜,设计了一种照度均匀性高、边缘视场光学效率较高的衍射光栅波导准直投影镜头。对场镜理论进行详细分析,从而确定焦距区间,最终求解其面型参数,设计出照度相对均匀的镜头。设计的新型准直投影镜头对角线FOV为41.2°,F#为1.87,调制传递函数在125 lp/mm处大于0.5。仿真结果表明,系统照度均匀性相对提高了14%,边缘FOV的光学效率相对提高了15%,具有良好的成像性能,该镜头可应用于超小型AR衍射光栅波导头戴显示系统中。

光栅波导增强现实显示系统误差像质分析与实验

光栅波导显示系统在生产加工和装调过程中,由于微纳加工设备的系统误差、累计误差和人为装调误差会影响系统成像质量产生重像、模糊等问题。为了解决上述问题,设计了一种一维扩瞳光栅波导并采用光线追迹仿真方法,分析了光栅波导平行度误差、光栅周期误差、系统装调误差对成像质量的影响。实验加工并装调测试了光栅波导的成像质量,通过控制波导平整度在0.3′以内,光栅周期公差在0.2 nm以内,制造了一维出瞳扩展光栅波导,准直装调后达到了30×12°视场角,实现了良好的增强现实显示效果和清晰的成像质量,对实际的量产制造具有指导意义。

考虑光强分布的光通信光栅列阵光束整形方法

光栅单元阵列由大量的单元组成,每个单元的大小和形状都需要精确控制,以确保光束的整形效果。然而,在光通信过程中,光强分布的变化会导致光栅列阵中每个单元的响应度不一致,从而引起每个单元接收到的光信号出现差异,进而影响光束的整形效果。因此,提出一种考虑光强分布的光通信光栅列阵光束整形方法。以光通信光栅列阵中的最常用的列阵波导光栅为例,通过阵列波导结构中的阵列波导的芯区宽度、芯区折射率、包层折射率、波导周期宽度等参数,结合波导中的传播常数受到光束波长和折射率影响,得到阵列波导的归一化本征方程,将其结果结合匀化洛伦兹函数得到入射光和出射光的光强分布,通过计算得到光通信光栅列阵光束入射光及出射光的映射函数,利用函数调整光学参数,实现光通信光栅列阵光束整形。实验结果表明:该方法对光通信光栅列阵光束的整形效果好,整形光束的能量利用率高,光束不均匀性小。

基于铌酸锂薄膜波导的电光调谐光栅辅助定向耦合器研究

提出并实验研究了一种基于铌酸锂薄膜光波导的电光调谐的光栅辅助定向耦合器。该耦合器由单模与双模脊形波导及制作于双模波导侧壁的长周期光栅构成。长周期光栅的引入补偿了单模与双模波导中基模的相位失配,可在共振波长实现两波导中基模的高效耦合。进一步地,在双模脊形波导两侧制作调谐电极实现了高速、低驱动电压的电光调谐功能。优化了器件的制作工艺,并采用单次干法刻蚀将耦合器的光栅与波导同步制作于X切铌酸锂薄膜上。测试结果表明所制作的器件在1595.3 nm波长处实现了14.8 dB的隔离度,其电光调谐效率为0.38 nm/V(1595.3 nm~1599.0 nm),热光调谐效率为0.14 nm/℃(25℃~50℃)。该器件可用于实现可调谐滤波、滤模、电光调制及高灵敏度温度传感等功能。

多通道薄膜铌酸锂阵列波导光栅研制

基于薄膜铌酸锂材料平台,通过开发金属掩膜与ICP刻蚀相结合的波导制备工艺,研制出了8通道且通道间隔400 GHz的阵列波导光栅,器件整体尺寸为1.28 mm×1.38 mm。测试结果表明,该阵列波导光栅的串扰小于-15 dB,通道非均匀性小于0.5 dB。该器件为薄膜铌酸锂基波分复用技术积累了研制经验,并有望推进多通道微波光子模块的小型化应用。

基于硅介质光栅的片上太赫兹波源

随着太赫兹技术的快速发展,人们对太赫兹技术在通信、光谱学和传感方面的各种应用越来越感兴趣。太赫兹技术发展与应用的基础是高性能的太赫兹源,传统的太赫兹源体积大且需要高功率电源驱动,难以适应集成太赫兹技术的发展,迫切需要研发新机制的微型太赫兹源。本文研究了一种新型微型化自由电子太赫兹辐射器,基于自由电子与其在光栅介质波导结构中激励的太赫兹波的互作用,实现太赫兹波的激励。这项研究为开发高效的片上太赫兹辐射源和拓展先进太赫兹应用提供了新的选项。

薄膜波导光栅滤光片反射特性研究

根据将减反射薄膜结构引入波导光栅滤光片中可以较好地抑制反射旁通带的理论,设计了单层、三层薄膜结构的波导光栅滤光片,旨在运用尽可能少的膜层数,在宽光谱范围内得到窄的反射带和高反射峰.运用严格的耦合波理论,对所设计的薄膜波导光栅滤光片的各种可能光栅结构进行了精确计算,得到反射率分布良好的特性曲线,并对计算结果进行分析,同时,还得到一种操作上较易于实现、在宽光谱范围内具有良好反射特性的三层膜光栅结构.

阵列波导光栅解复用器的标量传输理论及其简化模型

以波导本征模式场作输入光场 ,阐述了AWG中实际光场的传输数学模型 ,对输入场作高斯近似 ,阐述了光场传输的简化模型 通过简化模型与实际情况的比较 ,肯定了高斯近似简化模型在一定情况下的合理性 对于给定串扰要求 ,利用高斯近似模型可以决定最外层阵列波导坐标与衍射场光束束腰的比值 ,对实际器件设计来说有一定意义 ,但高斯简化模型在一定情况会引入较大误差 。

低插入损耗阵列波导光栅的设计

研究了阵列波导光栅的插入损耗 针对损耗来源 ,讨论了各项损耗的研究方法 分析了结构参量对损耗的影响 ,讨论了降低损耗的设计思路 对结构参量进行优化 ,设计了 8通道2 0 0GHz间隔的阵列波导光栅 ,中心通道插入损耗为 1.37dB ,低于目前商用器件的 1/ 2

阵列波导光栅复用/解复用器光栅孔径对器件性能影响的数值分析

阵列波导光栅复用 /解复用器中波导光栅孔径是器件重要的结构参数 .波导光栅孔径数值有限 ,部分光场将因未被耦合进而损失掉 .同时引起输出波导接收端焦场变形 ,增加了器件串扰 .本文详细分析和计算了由于波导光栅孔径有限引起的光场损耗和信号串扰 ,选择适当孔径参数可使其引入的信号损耗和串扰降到足够低 。

650nm聚合物阵列波导光栅波分复用器设计

选择在可见光波段具有较低吸收损耗的聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯[P(MMA-GMA)]共聚物作为波导包层材料,使用双酚A型环氧树脂作为折射率调节剂,根据材料的折射率设计了单模波导截面尺寸;然后,采用束传播法优化设计出16信道阵列波导光栅(AWG)器件的版图结构。利用Optiwave软件模拟了AWG器件的光传输特性,结果显示,器件的信道间隔为0.845 01 nm,插入损耗小于14 dB,串扰小于-25 dB。

亚波长波导光栅导模共振研究

弱调制介质光栅可等效为平板波导,经其衍射的高级次子波与波导模式耦合时,形成导模 共振。由高级子波在介质光栅中的光程及菲涅耳相移,导出了垂直入射时弱调制介质光栅共振位置的解析表达式,其预测结果和严格耦合波理论所得值一致。导模共振对入射波参数和光栅参数极为敏感,具有窄带效应,可用来制作窄带滤波片。