亚波长金属光栅的共振吸收谱及其近场特性

通过对亚波长金属光栅的可见光波段的光谱特性及其近场强度分布进行研究,采用Comsol软件仿真了结构参数变化对光谱和强度分布的影响。研究结果表明,亚波长金属光栅具有共振吸收谱,在吸收率峰值处,表现出亚波长金属结构表面等离激元的驻波模式,并在适当的参数下,得到了一种暗中空光场模式,利用该暗中空光场模式可以实现基于亚波长光栅的原子囚禁与导引。研究结果为亚波长光栅的理论研究以及亚波长光栅器件研究的实用化提供了参考。     

亚波长减反射光栅的研究进展

介绍了亚波长光栅衍射理论体系以及基于纳米平版印刷术的亚波长减反射光栅的设计与制备、减反射特性和应用等方面的最新研究进展。分析了以亚波长减反射光栅作为光学系统增透元件的可行性。展望了亚波长减反射光栅向可见光、紫外波段的发展趋势,以及在高功率激光领域的应用前景。研究表明,亚波长光栅在减反射和激光损伤方面均具有优异的特性,而且有可能同时实现多种功能,简化光学系统。利用纳米平板印刷术可以使亚波长光栅的制备和应用向可见光、紫外波段方向延伸。     

金属周期性结构光栅亚波长凹槽对透射率的影响

利用时域有限差分算法(FDTD)模拟了二维金属光栅的电磁场,分析了金属光栅透射率随波长的变化.金属的介电常数随频率变化关系采用Drude模型.金属光栅每个单元刻蚀有1个亚波长宽度的缝和1个相同宽度的凹槽,凹槽深度可变.这种结构相对于1个周期内只有1个狭缝的结构,透射率曲线上出现1个凹陷,加深凹槽的深度,这个凹陷的位置会向长波方向移动.给出了一个简单的解析式来近似确定透射率中出现凹陷的位置.     

亚波长抗反射光栅的设计

设计了一种具有波长和偏振模式选择特性的GaAs材料的亚波长抗反射光栅,工作波长为976nm。采用等效介质理论与薄膜理论对光栅进行初步设计,基于严格耦合波法依次对光栅占空比、脊高和周期进行优化确定,同时分析了各个参数对光栅透射率的影响。所设计的抗反射光栅分别具有99.99%(横电模)和99.86%(横磁模)的高透射率,并且在976nm±30nm的范围内保持99%以上的高透射率,满足器件应用要求。最后研究了工艺误差导致的光栅非矩形形貌对光栅透射率以及偏振优势模式的影响。     

色散金属的时域有限差分方法

表面等离子体激元具有使光场局域化和局域电磁场增强等特性,在纳米光子学和微观检测等诸多领域显示出广泛的应用潜力.时域有限差分（FDTD）数值计算方法能仿真激光与亚波长金属微结构相互作用的表面等离子体效应.金属具有色散性质,其相对介电常数模型有Drude模型和Lorentzs模型及它们相结合的Drude-Lorentzs模型,能拟合金属在可见光和近红外部分或全部波段的色散特性.FDTD数值计算要采用增加辅助变量和相应的辅助差分方程的方法使FDTD迭代计算稳定.     

1维高反射等腰三角形亚波长光栅的研究

为了能够更深入地理解等腰三角形亚波长光栅,采用严格耦合波法对其进行了理论分析和研究,得到了等腰三角形亚波长光栅数值模拟结果。分析了光栅周期、光入射角对等腰三角形亚波长光栅特性的影响,并从内在磁场分布角度解释了等腰三角形亚波长光栅所表现出的高反射特性。结果表明,不同光栅厚度的等腰三角形亚波长光栅会表现出不同的特性,当光栅厚度在0.54μm~0.57μm之间,等腰三角形亚波长光栅具有宽反射的反射带宽,而当光栅厚度在0.58μm~0.66μm之间,又会表现出导模共振特性。该研究能够为将来制备高性能等腰三角形亚波长光栅提供理论指导。     

亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子体影响

从理论上详细研究了一维亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子的影响。分别对一维标准亚波长金属光栅和缺陷亚波长金属光栅进行了研究。电场分布情况采用了COMSOL软件进行模拟。得到的结论是:对于一维标准亚波长金属光栅,沿金属光栅传播的表面等离子体取决于槽深度,较深的槽具有更强的束缚能力;对于具有缺陷的光栅结构,电场强度的分布特点取决于缺陷槽的深度,这归功于缺陷槽对光的反射和散射。基于这一理论研究,这两种不同的亚波长金属光栅结构能为太赫兹器件如波导、衰减器及滤波器发展提供新的途征。     

光通信波段亚波长光栅偏振器的设计与分析

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性。基于矢量衍射理论-耦合波分析法对矩形亚波长光栅的衍射效率进行了理论计算,针对光通信中的1 550nm波长设计了一种基于SOI衬底的亚波长偏振光栅,分析了光栅周期、光栅深度、占空比和光栅结构的变化对其偏振特性的影响。仿真结果表明,当光栅的周期为960nm,槽深为230nm,占空比为24%时,可使TM模式的透射率大于95%,TE模式的透射率小于5%,且矩形的光栅结构相对于三角形和圆形的光栅结构具有更好的偏振性能,可有效用于光开关、光隔离器、激光器、光探测器等半导体光电子器件。     

像素融合方法的红外双波段目标模拟器设计

提出了一种基于像素融合法的双波段红外目标模拟器设计方案。方案采用双波段亚波长光栅代替光学薄膜作为滤光片,仅使用了一套景象生成器和投影系统完成双波段红外目标模拟。该方案解决了传统双波段红外目标模拟器结构复杂,生产成本大,能量比无法调谐的问题。首先介绍了该设计方案的工作原理并说明了其可行性,然后基于严格耦合波理论分析了不同参数下亚波长光栅的滤波特性,最后根据双波段探测需求完成了光栅设计。     

凸面锗窗口亚波长抗反射结构的设计与制备

红外光学成像系统的灵敏度与光学窗口透射率密切相关，锗窗口是红外光学系统的常用窗口，在锗窗口上制备亚波长结构可以增强抗反射性能从而提高透射率，且常选择凸面窗口以获得更大的视场角。针对在曲面窗口上亚波长结构的制备工艺较为复杂的难题，本文运用柔性紫外纳米压印方法（soft UV-NIL），在凸面锗窗口表面高效、高质量地制作了亚波长抗反射结构。首先基于时域有限差分方法优化设计了亚波长抗反射结构参数，然后基于soft UV-NIL工艺制备了符合设计要求的亚波长结构。测试结果表明，在3.55～5.55μm波长范围内，凸面锗窗口单面平均透射率由65.81%提升到78.68%，在波长为4.4μm处，透射率由65.85%提升至83.13%，实现了中红外宽波段抗反射效果。     

亚波长金属光栅偏振器制备技术研究

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性,采用严格耦合波法设计并制作了一种柔性双层金属光栅偏振器,通过纳米压印技术在方形的PC(Polycarbonate,聚碳酸酯)上制备了周期为278 nm,深度为110 nm,占空比为0.5的亚波长光栅,通过磁控溅射技术在制作的介质光栅上沉积了70 nm的金属铝层,制作了具...     

取样光栅的反射谱特性及其应用

本文基于取样光栅的独特反射谱特性,对其作为光子器件如DBR激光器、波分复用/解复器和光插分复用器的结构图作了探讨.通过比较得知,用取样光栅构成的新型光子学器件比用单纯的光纤光栅构成的光子学器件在未来的密集型波分复用(DWDM)光纤通信系统中更有实用价值.     

Investigation on reflection spectra of chirped and phase-shifted fiber Bragg gratings

The characteristics of chirped and phase-shifted fiber Bragg gratings have been investigated by the use of transfer matrix formulation. While the characteristics of a chirped and phase-shifted fiber Bragg grating are the same as those of non- chirped one in some important aspects, both the reflection and transmission windows of a chirped and phase-shifted fiber Bragg grating can be broadened in a wide range. Therefore, chirped and phase-shifted fiber Bragg gratings will have applications in WDM or DWDM optical communication systems. The work in this paper can be used to design the new devices based on chirped and phase-shifted fiber Bragg gratings.     

一种连续膜金属光栅的异常反射和透射特性

利用全息干涉图案成形在石英衬底上刻蚀形成周期为波长光栅,并在上面淀积金属薄膜,制造了具有不同深度、金属层厚度和周期的金属光栅.研究发现了此金属光栅的反射率和透射率随入射角变化的异常特性,即反射谱和透射谱的表现在光栅深度和厚度不同时将可能发生翻转,反射谱由"谷"状变为"峰"状,而透射谱由"峰"状变为"谷"状.本文分析了相关的物理效应以及该结构与入射光相互作用的特点,解释了该实验现象.     

UV-Inscribed Optical Fiber Gratings in Mid-IR Range and Their Laser Applications

We have UV-inscribed fiber Bragg gratings (FBGs), long-period gratings (LPGs), and tilted fiber gratings (TFGs) into mid-IR 2m range using three common optical fiber grating fabrication techniques (two-beam holographic, phase mask, and point-by-point). The fabricated FBGs have been evaluated for thermal and strain response. It has been revealed that the FBG devices with responses in mid-IR range are much more sensitive to temperature than that in near-IR range. To explore the unique cladding mode coupling function, we have investigated the thermal and refractive index sensitivities of LPGs and identified that the coupled cladding modes in mid-IR range are also much more sensitive to temperature and surrounding medium refractive index change. The 45 tilted fiber gratings (45-TFGs) as polarizing devices in mid-IR have been investigated for their polarization extinction characteristics. As efficient reflection filters and in-cavity polarizers, the mid-IR FBGs and 45-TFGs have been employed in fiber laser cavity to realize multi-wavelength 2 m Tm-doped CW and mode locked fiber lasers, respectively.     

重叠写入啁啾光纤光栅型滤波器的研究进展

高性能的波分复用器是密集波分复用系统的核心器件之一,重叠写入啁啾光纤光栅型带通滤波器充分发挥了光纤光栅优良的波长选择特点,是一种低成本的新型全光纤波分复用器件.综合评述了各种不同结构的重叠写入啁啾光纤光栅型滤波器的工作原理、基本特点及其应用.     

Mathematical simulation of electromagnetic wave diffraction by grid polarization structures

Electromagnetic characteristics of metal polarization gratings are studied by means of the finite-difference time-domain technique in the case of long-wavelength diffraction of electromagnetic waves. Dimensions of gratings with rectangular bridges providing for optimal regimes of propagation of H- and E-polarized waves at the boundary between the microwave and terahertz ranges are determined. The influence of electric conductivity of metal elements on the transmission characteristics of the gratings is analyzed.     

从亚波长光栅到超构光栅:原理、设计及应用

随着纳米光子学的发展,光学结构如光学微腔、波导结构、光子晶体、亚波长光栅、超构表面等能够在微纳尺度实现对光的传输与调控,推动了光学集成化的发展。亚波长光栅由于其结构简单、成本低廉等特点得到了科学家们广泛的研究,应用在各种光学器件,逐渐形成了光栅分析模型的成熟理论体系。结合周期性结构耦合行为及超构表面中超构原子的散射调制特性,从亚波长光栅衍生出的超构光栅能够利用周期性布拉格散射提高调控光束的效率,从而避免了超构表面相位离散化带来的效率降低和能量损失。科学家们研究并设计了超构光栅,更多的物理现象及应用被探究和挖掘。文中对亚波长光栅以及超构光栅的基本理论、设计和应用进行了概述。从基本原理出发,论述了亚波长光栅和超构光栅的特性,综述了二者的理论设计及单元设计方法,并介绍了在生物传感、滤光片光谱调控和吸收薄膜等方面的应用。最后,展望了未来的发展方向。     

Integrated III–V Bragg Gratings for Arbitrary Control Over Chirp and Coupling Coefficient

In this work, integrated chirped Bragg gratings based on tapered waveguide sidewall gratings are presented, along with the method by which arbitrary variations of Bragg condition and coupling coefficient may be achieved. Fabricated devices with constant Bragg condition, linear, and nonlinear chirp are exhibited with and without apodized coupling coefficient profiles. Finally, an integrated Michelson interferometer setup is used to confirm the grating phase characteristics.      

倾斜耦合的光栅耦合器研究进展

近年来,片上光子集成技术备受关注并飞速发展,但在光纤与芯片、芯片与芯片上实现高效、高可靠性的光耦合仍是难题。光栅因其制作简单,位置灵活,对准容差大及可实现片上测试等一系列优点而备受研究者的关注。目前在绝缘体上硅(SOI)平台和绝缘体上铌酸锂(LNOI)平台上已开发出大量的光栅耦合器件,并获得较高的耦合效率和大带宽。该文主要介绍光栅耦合器的工作原理和主要性能指标,阐述了均匀光栅、倾斜光栅、闪耀光栅和切趾光栅耦合的特点及现阶段进展,并对具有代表性的一维光栅性能指标进行了比较。结果表明,分布式布喇格反射镜和金属反射镜可有效地提升光栅耦合效率。此外,该文还介绍了基于 LNOI平台的几种光栅耦合器, 其可帮助研究者们梳理光栅耦合器的发展历程、研究现状及各耦合器的特点,为未来研究提供一定的参考。