Si衬底表面圆柱形抗反射周期微结构的设计及制作

应用严格耦合波分析方法(RCWA),在本征硅片衬底表面设计并制作了一种圆柱形抗反射微结构元件。通过MATLAB软件模拟仿真确定其最优参数组合,使反射率设计值为3%。应用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术制作了单面和双面的圆柱形微结构,根据结果得到射频功率、气体流量及工作气压对微结构侧壁陡直度及形貌具有很大影响。还分析比较了形状(t为实际柱顶面直径与底面直径之比)与反射率的关系。采用热场发射扫描电子显微镜对该结构进行形貌表征,综合显微成像红外光谱仪对反射率进行测量。实验结果:制作了单面、双面微结构与无结构本征硅片反射率做比较双面圆柱形微结构的抗反射效果最好,反射率达8%左右,基本达到抗反射设计要求。     

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.     

用于光场成像的超构衍射光栅阵列优化

为提高矢量光场显示亮度和视角均匀性,提出了一种应用于圆偏振光场成像的超构光栅结构。利用严格耦合波分析,逐像素对超构光栅结构进行仿真,研究了入射光偏振状态、光栅结构、入射角度对-1级光衍射效率的影响规律。仿真结果表明,圆偏振光显示可以使得光栅衍射效率稳定高效,当光栅周期为500 nm时,与基于TE和TM设计的光栅结构相比,圆偏振光设计的光栅结构衍射效率提高了18.5%和2.6%;光栅高度和占空比对衍射效率具有明显的影响。综合考虑光栅制备难度、衍射效率和视角均匀性,设计了一种高度为0.6 μm,占空比为0.4的光栅阵列结构应用于圆偏振光场显示,系统衍射效率可以达到40%以上,具有较优的综合性能,对超构光栅设计制备和裸眼3D显示具有一定指导意义。     

RCWA方法设计阶梯形光学生物分子检测探针

设计了一种阶梯形光学生物分子检测探针,并利用严格耦合波分析（RCWA）法计算了此探针的反射光谱的反射效率。模拟结果表明,此探针的反射谱中特定峰值处,探针周围的待测物折射率与探针的入射角间呈线性变化,且探针反射效率与待测物折射率和入射角均符合左半高斯型曲线分布。所以,既可应用入射角来反映待测物折射率的变化,也可利用反射效率的变化反映待测物折射率的变化。基于此研究的方法和结果可广泛应用于生物传感器和生物分析等研究领域。     

基于严格耦合波理论的亚波长金属光栅偏振器设计①

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质.针对仿生微纳导航系统敏感波段0.52-0.59μm的要求,采用严格耦合波理论分析了不同光栅材料、光栅面型及光栅结构参数对TM偏振透射率及透射消光比的影响,设计了对应的金属偏振光栅.所设计的光栅与传统金属光栅不同之处在于基底和光栅之间增加了氟化镁介质,在垂直入射条件下,TM偏振透射率及消光比都增大.在0.38μm～0.40μm及0.50μm～0.76μm全光波段内,TM偏振透射率都大于50%,消光比都大于170,达到了宽带宽、TM偏振透射率及透射消光比都较高的要求.     

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。     

光通信C波段硅基导模共振窄带滤波器的模拟

结合严格耦合波理论和遗传算法对C波段硅基导模共振滤波器进行了模拟分析.从模拟结果出发详细讨论了光栅周期、填充因子、光栅深度和入射角度对滤波器反射特性的影响.导模共振对光栅周期、填充因子、光栅深度和入射角度都有很高的敏感性,利用这一特点可以设计性能优异的硅基滤波器件.导模共振滤波器的共振波长峰值反射率达到了98.9%,峰值半高宽小于密集渡分复用(DWDM)O.8 nm的要求.

Abstract：

Simulated are silicon-based guided-mode resonant grating filters with narrow bandwidth for C-band optical communication.The effects of the characteristics of grating period,fill factor,the grating depth,the thickness of SiO_2 layer and incident angle on the reflection mechanisms of the filters are analyzed in detail based on the simulation results.Guided-mode resonant effect is very sensitive to such characteristics,which can be used to optimize silicon-based filters.The reflectance of the resonant wavelength of this filter reaches 98.9%,and the FWHM (full width at half maximum) is less than 0.8 nm limited by the DWDM (dense wavelength division multiplication) system.     

Tunable Guided‐Mode Resonance Grating Filter

The optical characteristics of shallow 2D nanostructured polycarbonate samples are presented. Tunable guided‐mode resonance filters are experimentally demonstrated for the visible spectral range when functional coatings are applied to 2D nanostructures by means of atomic layer deposition. The wavelength position of the reflection peaks can be easily tuned in a broad range (>150 nm) through rotation of the optical element around the axis normal to the substrate without changing the rest of the optical setup. Rigorous coupled wave approach simulation of model systems is performed to obtain insight into the complexity of the optical properties of these systems. The photonic nanostructures presented here are promising optics for application in ultra‐compact, portable, miniaturized optical systems.     

一维深亚波长光栅的耦合波分析及偏振特性的研究

讨论了一种新的一维深亚波长光栅,其周期结构由等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)制备的周期性多层膜构成。简单介绍了这种深亚波长光栅的制作方法。采用严格耦合波分析(RCWA)理论计算了这种一维深亚波长光栅的衍射效率,分析了它的偏振特性。