抗反射亚波长光栅的特性研究

利用矢量衍射理论的数值求解方法,研究了亚波长光栅结构参数对反射率的影响,特别是基底厚度对反射率的影响,这些为设计和制作具有优良的抗反射性能的二元光学元件提供了设计依据.     

基于亚波长光栅理论的二维光子晶体的禁带特性研究

本文根据光子晶体自身的结构特点,提出适合于二维光子晶体的光栅组模型,从而利用光栅的矢量衍射理论来分析光子晶体的禁带结构。采用该方法,本文讨论了几类典型的二维光子晶体的禁带特性。     

二维亚波长抗反射光栅的制作及其特性分析

运用等效介质理论研究了占空比随深度变化的二维亚波长光栅的抗反射原理。对全息干涉法制得的正弦型光栅进行了详细分析,表明这类光栅形成了渐变折射率的抗反膜结构。设计并利用两柬相干光对称入射到记录介质（光刻胶）分两次曝光的全息方法制备了适用于可见波段的周期为310nm的二维正交正弦型光栅。测试结果表明这种光栅在整个可见光波段具有增透作用,有潜力作为传统抗反膜的替代品。将具有浮雕结构的记录介质为母版并采用模压或浇铸等方法,可将结构复制到其它材料上。这类抗反射材料具有制作简单、成本低、可大批量生产等优点。     

一维亚波长光栅等效折射率描述光栅光谱特性的有效性研究

运用有效媒质、薄膜干涉及耦合波理论,结合数值寻优算法,采用不同形式的等效折射率来描述一维亚波长光栅的光谱特性.借助光谱误差函数及耦合波折射率,分别针对TE和TM模,对其他等效折射率在描述亚波长光栅时的有效性加以分析比对.研究结果表明:在光栅结构参数已确定的情况下,当归一化光栅周期A/λ＜0.30时,TE模的二级近似折射...     

基于反射会聚的亚波长光栅多路功分器

针对目前可实现多路分光的亚波长光栅功分器层 数多不容易制备、无法平均分束的 问题,本文设计了一种基于光束反射会聚的单层亚波长光栅功分器,可实现多束分光且便于 制备。通过严格耦合波理论与波前相位控制理论,设计了四个完全相同的可实现光束会聚的 亚波长光栅,接着将四个亚波长光栅依次紧密拼接进而获得了四路功分器。基于有限元软件 COMSOL对设计的器件进行仿真分析,结果表明该器件可以将一束波长为1550 nm的TM入射光分 成四束,每束光的功率都相等,且都能实现反射会聚。因此基于波前相位控制原理设计的功 分器不仅能实现多束平均分光,还能使每束光都实现了会聚,从而有效提高了光探测器阵列 的工作效率,有希望被广泛应用于光通信集成系统与空间光耦合等领域。     

亚波长光栅的模态特性与衍射效率及其应用

采用模态理论研究了TE偏振与TM偏振入射光在一维亚波长光栅区域的模式特性,分析了不同传播模态的有效折射率及其差值与入射条件、光栅周期、光栅深度及光栅填充比之间的关系,使用干涉法得到了在考虑光栅凹槽深度的情况下两种模态的光栅衍射效率。应用亚波长光栅的模式特性与光栅衍射效率设计了一种偏振分束器,其特性是在利特罗入射的条件下,单色光波在0级衍射处为TM偏振,在-1级处为TE偏振。     

亚波长周期结构抗反射介质光栅的衍射特性

用严格耦合波理论(RCWA)计算了当折射率取一系列离散值时的二维亚波长周期结构介质光栅出现一级衍射透射波的周期值,进而利用最小二乘法拟合出临界周期点随折射率的变化规律;利用一维单台阶和多台阶光栅在TE、TM偏振状态以及二维单台阶圆柱状光栅和二维金字塔结构多台阶光栅进行验证,发现它们同样满足临界周期点的变化规律。结果证明,对于任意面形的亚波长周期结构介质光栅的一级衍射效率都有这一规律。     

任意面形介质光栅的衍射特性分析

采用严格耦合波理论(RCWA)和多层近似法,详细的推导了任意面形介质光栅的衍射问题,得出了其矩阵求解方程,并采用增强透射矩阵法来避免直接求解带来的数值不稳定,提高了计算效率.使用该方法对梯形光栅进行了数值计算,结果表明采用严格耦合波理论和多层近似法,可以方便、有效地求解任意面形介质光栅的衍射效率问题,计算中光栅在不同参数下衍射效率的总和严格等于1,且未有数值不稳定性问题.     

亚波长纳米结构宽波段抗反射特性

研究了玻璃(折射率n=1.52)表面周期性台阶结构的宽波段抗反射特性.利用等效媒质理论,对单台阶和二台阶结构进行了参数设计,并用严格耦合波理论对设计的台阶结构进行了入射光波长、入射角的反射效率、反射级次特性分析计算.研究结果表明:当亚波长纳米结构的周期低于周期阈值时,随着入射波长的增加只有零级衍射;台阶层数的增加,可增...     

亚波长结构的抗反射特性三维TLM方法模拟

传输线矩阵(Transmission line matrix,以下简称TLM)方法,根据场方程和传输线方程之间的相似性,用等效分布传输线网络模拟给定结构,在时间和空间上进行离散化,是一种强有力的三维时域电磁场数值仿真算法.简要介绍三维扩展型结点TLM方法的模型、激励源和边界条件,并使用该方法对亚波长结构的抗反射特性进行模拟研究,为进一步深入探讨该结构的抗反射特性、进行优化设计提供依据.     

偶数束亚波长Dammann光栅结构的矢量衍射优化设计

传统的基于标量衍射理论方法设计的Dammann光栅衍射效率较低。基于严格耦合波理论和遗传算法,介绍了亚波长结构偶数分束数Dammann光栅的设计方法。利用优化程序设计了多个光栅结构并对设计结果进行了分析,讨论了关键参数的选取及设计参数和光波偏振态的变化对分束效率和均匀性的影响。仿真结果表明所设计的偶数束Dammann光栅分束均匀性很好并且分束总效率均达到93%以上,而零级衍射效率均降到了0.64%以下,达到了较好的去零级衍射的效果。     

光栅衍射条纹次极大强度研究

算出三缝到八缝光栅的各次极大衍射条纹次极大强度。发现单缝衍射因子对各次极大均有调制作用，但其单缝衍射强度的调制系统却不相同。     

部分相干光光栅衍射新特性研究

基于Diriehlet边界条件下瑞利一索末菲衍射积分公式,文章推导出了部分相干光光栅衍射场中交叉谱密度的计算表达式,并以高斯一谢尔模型光束为例研究了部分相干光光栅衍射场中光强的空间分布。数值计算发现部分相干光光栅衍射场中存在极值光强的衍射角不随入射点位置改变而改变和衍射场中极大光强的中央有凹陷,且凹陷深度随光束束宽的减小而变大的新特性。最后利用严格电磁场理论比较研究了本文中的结果。     

光栅衍射条纹的最小次极大强度研究

本文研究了光栅衍射条纹强度分布的次极大强度，并计算出最小次极大强度，得出最小次极大与光栅缝数无关的重要结论，计算结果与计算机仿真结果完全一致。     

制作光纤光栅用相位掩模的衍射行为研究

利用严格耦合波理论对用于光纤光栅制作的相位掩模的衍射特性进行了深入的研究.研究发现,在紫外写入波长(248 nm)下,为了使零级衍射效率＜5%,且±1级的衍射效率＞35%,相位掩模的刻槽深度必须控制在230～280 nm,占宽比必须控制在0.48～0.65.同时,与标量衍射理论的结果进行了分析对比.这些都为相位掩模的实际制作提供了有意义的结果.     

凸球面矩型槽光栅的衍射特性

本文在用耦合波理论研究平面光栅的基础上,提出了分析和解决凸球面光栅衍射效率问题的方法,并从中得出一些有意义的结论：在凸球面光栅的口径半径比较小时,求解其衍射效率可以转化为平面光栅问题来处理。     

Fabrication of biomimic GaAs subwavelength grating structures for broadband and angular-independent antireflection

We combine interferometric lithography and inductively coupled plasma etching to fabricate GaAs subwavelength grating (SWG) which mimics the moth eye structures. Through the modification of morphology parameters, including profile, height and packing fraction, tapered, high-aspect-ratio and closely-packed GaAs SWGs are obtained. The measurement of spectral reflectance of the fabricated SWGs shows that reflection has been dramatically reduced compared to the polished GaAs surface. Particularly, the optimized SWG structures exhibit an average reflection below 5% in the wavelengths ranging from 350 to 900 nm. Furthermore, the angular-independent property is demonstrated by measuring the reflectance versus varying angles of incidence at 532 and 632.8 nm wavelengths.