高折射率差纳米狭缝波导的电场分析

狭缝波导在集成光波导器件和系统中有极为广泛的应用,分析狭缝波导物理过程的理论方法和理论模型对指导该类器件和系统的设计至关重要.本文通过分析狭缝波导的物理机理和模式特性,提出将狭缝波导五层对称结构中的波导和狭缝区域作为一个整体进行分析的理论方法,并引入导模和辐射模共同作用机制,在此基础上,建立了理论模型描述整个狭缝波导结构的电场分布.将得到的理论结果,分别与RSoft软件仿真结果、其他研究者的理论结果以及实际优化设计结果进行比较研究,验证了本文理论方法和模型的正确性、优越性、完备性和实用性.最后,给出了本文理论模型适用范围的确定方法,以目前常用狭缝波导(基于SOI材料、波导尺寸180nm×300nm)为例,适用于狭缝宽度小于96.2nm情况.本文理论模型作为一种补充,完善了分析光波导性能的耦合模理论体系.

基于非周期高折射率差亚波长光栅的光功分器（英文）

提出了一种新的基于非周期高折射率差亚波长光栅（HCG）的光功分器（OPS）。该光功分器在实现光功率均分的同时保持高反射率。为实现上述功分器，通过严格耦合波理论分析（RCWA）周期性亚波长光栅在不同的周期和占空比下的反射率和相位分布，从而挑选合理的参数用于设计非周期亚波长光栅以获得特定的反射相移。最后借助于有限元法（FEM）进行数值分析，经计算光功分器的插入损耗为3.27 dB,波长变化范围为1.50~1.60 μm，且很容易与半导体器件集成。

基于TiO_(2)的近红外大数值孔径、高聚焦效率、高透射率会聚透镜

利用相位调控原理设计了一种基于TiO_(2)材料的具有非周期同心圆环形高折射率差亚波长光栅结构的会聚透镜,可实现大数值孔径、高聚焦效率、高透射率、低损耗特性,同时具有体积小、易集成的优点。采用时域有限差分法对提出的透镜结构进行仿真和分析,工作波长为850 nm时,该透镜透射率为90.5%,焦距约为10.4μm,焦斑的半高全宽为0.61μm。通过对仿真得到的数据进行分析,可得数值孔径为0.92,聚焦效率高达91.07%,损耗为0.41 dB,平衡了高数值孔径与高聚焦效率之间的矛盾,可在小器件直径下接近衍射极限实现点会聚效果。

一种设计环形汇聚光栅反射镜的新方法

提出了一种利用数学变换来快速设计环形汇聚光栅反射镜的方法.通过分析具体的物理场景,抽象出已有条形汇聚光栅的"线"汇聚特性与所要设计的"点"汇聚特性在数学上对应的变换关系,然后用该数学变换对条形汇聚光栅进行外形上的变换,外形变换后的条形光栅即为可以实现"点"汇聚的环形光栅.用有限元算法对设计的环形汇聚光栅进行仿真,仿真证明采用该方法设计的环形光栅可以很好地实现高反、高汇聚.采用这一方法,设计了直径为29.788μm的环形光栅反射镜,当垂直入射的径向偏振光从设计的环形光栅表面反射回来后将发生汇聚,汇聚焦点位于环形光栅表面10μm处.经计算,反射镜的数值孔径为0.8302,反射率为0.9163,在焦点所在的汇聚面上,汇聚光栅电场分布的半高宽为1.5548μm.