亚波长光栅

摘要： 过渡金属硫化物单层具有直接带隙,可产生较强的光致发光,这一特殊的性质使其在光电器件、光电探测等领域具有广泛的应用前景.由于只有原子级别的厚度以及存在激子的非辐射复合,其光致发光效率仍有待提高.本文设计了一种金膜-二氧化钛光栅-过渡金属硫化物单层组合结构,可大幅提升过渡金属硫化物单层光致发光效率.利用Purcell效应对自发辐射速率进行控制,得到峰值为3.4倍的发光增强.研究了单层二硫化钨以及单层二硒化钨在设计结构上的光致发光信号,通过实验证实了过渡金属硫化物单层与亚波长光栅耦合结构中光致发光增强的可行性,为二维材料在光电器件中的应用提供了一个新思路.

摘要： 提出一种亚波长金属耦合腔光栅结构的太赫兹传感器.采用亚波长矩形腔结构单元,设计了谐振腔级联耦合的金属亚波长光栅.利用谐振腔与光栅导模共振的相干耦合作用,产生高品质因数的类电磁诱导透明模,形成腔诱导太赫兹波异常反射现象.异常反射模表现出显著的局域场共振增强效应,大大提升太赫兹波对分析物的感测能力.数值仿真表明,太赫兹波正入射的传感灵敏度可达到6-22 THz/RIU,品质优值可高达55-152,同时具有宽达50°工作角的太赫兹感测能力,可适应大孔径角太赫兹波束的传感操作.

摘要： 鉴于导模共振滤波器具有高峰值反射率、低旁带反射、窄带以及带宽可控等优良特性,采用亚波长光栅的导模共振效应设计了一种平顶滤波器.通过将亚波长光栅与类法布里-珀罗腔结合使用,实现了窄带宽平顶滤波的效果.基于严格耦合波分析方法和等效介质理论,使用FDTD软件对光栅衍射效率进行了仿真分析.仿真结果表明,平顶滤波器在1130 nm处可获得2 nm宽的平顶,同时半高全宽达到6 nm,透射效率达到98％.通过微机电系统可以线性调节类法布里-珀罗腔的厚度,该器件可调谐的波长范围为1130～1300 nm,可应用于光通信、光开关等领域.

摘要： 采用严格耦合波法与时域有限差分法数值模拟仿真相结合的办法,对由亚波长光栅及其衬底厚度变化影响的导模共振传感进行了研究.其结果表明:1、在优化光栅膜厚的基础上,通过改变光栅衬底厚度来调节导模共振的产生位置处于由于该膜厚变化产生的背景反射极小位置处时,可使导模共振峰的旁带抑制比提高,从而提高该光栅传感器的分辨率;2、在对高折射率样品进行检测时,该光栅传感器的分辨率、灵敏度均较折射率低样品好,但由于高折射率样品导致导模共振场的局域性增强,从而导致获得的反射率降低.

摘要： 基于绝缘体上硅的微环谐振器由于成本低、结构紧凑和集成度高等优点,是构成波分复用器、调制器以及光开关等的核心器件.然而,该类器件由于芯层与覆盖层间的高折射率差,具有较大的偏振相关性,在诸多使用偏振无关器件的应用中受到限制.本文基于亚波长光栅和三明治结构设计了一种偏振无关微环谐振器,通过改变三明治结构中低折射率层SiNx的折射率,同时结合耦合区亚波长光栅的结构参数优化,最终消除微环谐振器的偏振相关性.运用三维有限时域差分法进行建模仿真,对器件的结构参数进行了优化.结果表明,器件在TE和TM偏振模时的3-dB带宽均小于0.8 nm,插入损耗均小于0.8 dB,微环半径仅为10μm,并且在谐振波长1552.26 nm附近的两个自由频谱区内实现了偏振无关.与常见的微环谐振器相比,本文所提出的器件尺寸小、损耗低,可用于构成偏振无关的密集波分复用器,在未来的集成光路中具有较高的应用价值.

摘要： 研究了一种940 nm GaAs基VCSEL的高折射率对比度亚波长光栅反射镜(HCG),采用GaAs/AlOx光栅结构,讨论了TE偏振时光栅结构中各参数对反射光谱的作用规律,分析TE、TM不同偏振时反射镜的结构特点,及形貌误差对高反射带的影响.设计的TE-HCG的高反射带中心为940 nm,在0.888～0.985μm波长范围内,TE波反射率大于99.5％,TM波反射率低于90％,高反射带宽97 nm,Δλ/λ0>10％.该反射镜可以与VCSEL采用一次性外延生长技术制作,且具有结构简单,制作容差大,且偏振稳定的优势,不仅有利于改善器件性能,且大大降低VCSEL的制作难度和成本.

摘要： 基于共振耦合腔理论,提出并设计了基于亚波长光栅耦合腔的795 nm垂直腔面发射激光器((vertical cavity surface emitting laser,VCSEL),利用COMSOL软件有限元方法对多光腔耦合线宽压窄机制和影响因素进行了详细分析,研究发现,当光子在多耦合腔中进行谐振时,通过合理设计光栅耦合腔参数,精确调控激光器多耦合腔相位匹配,极大地促进了光谱线宽共振压窄效应,并最终获得了高光束质量795 nm VCSEL激光器的超窄线宽输出.理论结果表明,当耦合腔间隔层厚度为180 nm时,反射光谱冷腔线宽Δλc可以达到7 pm,为实现VCSEL激光器kHz量级光谱线宽输出奠定了理论基础.

摘要： 为了设计一种性能优越的气体传感结构,提出一种亚波长介质光栅/电介质/金属衬底混合波导结构,基于导模共振效应,在反射光谱中形成4个窄带共振缺陷峰.选用多孔硅作为波导层,基于多孔硅的折射率可调特性,通过观察共振波长的漂移实现样本气体浓度的动态监测,分析结构的传感特性.结果表明,3个窄带共振峰的灵敏度分别为300,350,400 nm/RIU,品质因数分别可以达到120,152.2,307.7/RIU,检测精度高,皆可用于气体传感.

摘要： 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.

摘要： 本文提出了一种新型内腔集成亚波长光栅可调谐垂直腔面发射激光器(VCSELs),首次实现了在波长调谐过程单偏振模式稳定输出的可调谐VCSELs新型器件结构设计。利用严格耦合波法对亚波长光栅的周期、占空比、脊深等几何参数进行了优化分析,使得偏振方向平行于光栅脊的TE模式和偏振方向垂直于光栅脊的TM模式波长分离度达到20.9nm,从而进一步增加TE/TM偏振模式增益差,使得在整个波长调谐过程中实现光波单偏振稳定输出。同时,采用有限元法对可调谐VCSELs中微机电系统(MEMS)薄膜结构进行设计和分析,结果表明该器件结构可以实现调谐范围达30rim以上的单偏振波长调谐稳定输出。

摘要： 讨论了表面等离子体干涉直写光刻中，光刻胶的折射率对所刻写的亚波长光栅周期及特征尺寸的影响，计算表明，光刻胶的折射率越高，所刻写光栅的周期越小。当使用325nm激光激发Al膜和高折射率光刻胶平面层的表面等离子体时，刻写光栅的特征尺寸可达43nm，小于λ/7。

摘要： 基于能够实现高功率固体激光驱动器中三种谐波的分离的三角形槽亚波长光栅设计参数，利用基于矢量衍射理论开发的商用软件Gsolver，分析光栅周期、入射角、占空比、刻槽深度等光栅参数对亚波长光栅谐波分离能力，即三倍频光衍射效率的影响。结合谐波分离的基本要求，给出了亚波长光栅的加工误差要求。为亚波长光栅应用于高功率固体激光驱动器谐波分离提供了理论支持。

摘要： 亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质.本文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.

摘要： 亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质.本文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.

摘要： 亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质.本文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.

摘要： 亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质.本文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.

摘要： 本发明公开了一种基于亚波长二元衍射光栅的波长分离器的实现方法，该波长分离器由三个亚波长二元衍射光栅和一块纯石英玻璃片组合实现：一个结构为凹字型，材料为SI

摘要： 本发明涉及亚波长体光栅偏振合束方法、亚波长体光栅及其设计方法，步骤如下：根据模式法分析并分别计算亚波长体光栅中传输的两个TE和两个TM模式之间的相位差；结合亚波长体光栅的衍射方程，调整所述相位差，控制TE和TM偏振入射光通过亚波长体光栅产生的衍射级次的能量分布，以得到所述亚波长体光栅的周期、厚度和占空比，使得波长相同的TE和TM偏振入射光分别只产生一个衍射级次，且衍射方向相同；根据得到的参数制备所述亚波长体光栅；将波长相同的TE和TM偏振光入射到所述亚波长体光栅上实现合束。本发明通过仅调整亚波长体光栅周期、厚度和占空比，就能在紫外、可见光和近红外等波段实现任意波长激光的偏振合束。

摘要： 本发明公开了一种基于亚波长二元衍射光栅的波长分离器的实现方法，该波长分离器由三个亚波长二元衍射光栅和一块纯石英玻璃片组合实现：一个结构为凹字型，材料为SI

摘要： 本发明公开了一种基于二元闪耀亚波长光栅的、垂直耦合的光栅耦合器，自上而下的功能层、键合层和衬底层。功能层为脊型结构，包括输入/出光耦合器、光子波导器件区域。输入与输出光耦合器呈对称设置，内均设有周期性排布的二元亚波长闪耀光栅阵列，每个周期中设置有一个不同宽度的主级和次级亚波长光栅，相邻亚波长光栅之间形成宽度不一的间隔槽，最后一个次级亚波长光栅与中间的光波导区域相临近。本发明在降低器件设计复杂度的同时优化设计出一种基于二元闪耀亚波长光栅的光栅耦合器，以实现最大的光耦合效率，垂直耦合还极大地方便了器件的测试和后期芯片的封装。本发明所设计的光子器件结构较紧凑、制备工艺简单、可重复性好。

摘要： 本发明公开了一种基于二元闪耀亚波长光栅的、垂直耦合的光栅耦合器，自上而下的功能层、键合层和衬底层。功能层为脊型结构，包括输入/出光耦合器、光子波导器件区域。输入与输出光耦合器呈对称设置，内均设有周期性排布的二元亚波长闪耀光栅阵列，每个周期中设置有一个不同宽度的主级和次级亚波长光栅，相邻亚波长光栅之间形成宽度不一的间隔槽，最后一个次级亚波长光栅与中间的光波导区域相临近。本发明在降低器件设计复杂度的同时优化设计出一种基于二元闪耀亚波长光栅的光栅耦合器，以实现最大的光耦合效率，垂直耦合还极大地方便了器件的测试和后期芯片的封装。本发明所设计的光子器件结构较紧凑、制备工艺简单、可重复性好。

摘要： 本发明公开了一种基于亚波长光栅的超紧凑型阵列波导光栅波分复用器，由输入波导、第一平板波导、阵列波导、第二平板波导以及输出波导顺次连接组成；输入波导具有1个端口；输出波导具有8个端口；阵列波导由50个具有相等长度差的等效条形均匀波导组成，每一个等效条形均匀波导均为亚波长光栅结构，形成基于慢光效应增大群折射率或传输时延的效果。间隔为200GHz的8个信道的最低相邻信道串扰小于‑27dB，整体尺寸保持在300×230μm以内。本发明在保持200GHz信道间隔的良好工作性能下将器件整体集成尺寸降低了1个数量级，显著提升了器件的集成度。

摘要： 一种具有闪耀波导侧壁光栅和亚波长光栅结构的解复用器，包括接收器波导阵列、亚波长光栅、闪耀侧壁光栅、罗兰圆、SiO

摘要： 本发明公开一种闪耀亚波长光栅耦合器，设置在光波导层上，所述光栅耦合器包括若干个光栅周期，每个光栅周期由亚波长光栅结构区域、平面波导区域组成；亚波长光栅结构区域内等间距的排列设置有若干个闪耀光栅孔，所述闪耀光栅孔均为连通光波导层顶部与底部的通孔，每个闪耀光栅孔内从顶部到底部设置有阶梯状结构；光波导层上设有耦合波导区域。本发明可以提升光栅耦合器的方向性。该光栅耦合器可以与切趾和聚焦等光栅结构耦合，进一步提升光栅耦合器的光场耦合效率，降低反射，减小器件尺寸，为实现高性能、低成本的波导光场耦合封装技术开辟了一条新的途径。

摘要： 本实用新型涉及一种用于强激光系统中具有亚波长光栅减反结构的光束采样光栅，是在熔石英基底同一表面制作光束采样光栅和亚波长光栅减反结构，在实现光束采样功能的基础上增加透过率。采样光栅和亚波长光栅的条纹方向可以平行、垂直或成角度。亚波长光栅的线密度在4500线/mm以上，刻蚀深度70～80nm，占宽比0.3～0.5。本实用新型对于351nm的TE偏振入射光，其透过率>95％。

摘要： 一种具有闪耀波导侧壁光栅和亚波长光栅结构的解复用器，包括接收器波导阵列、亚波长光栅、闪耀侧壁光栅、罗兰圆、SiO2层和Si层。接收器波导阵列在罗兰圆上并与输入闪耀侧壁光栅中的波导方向相切，亚波长光栅折射率AR边界与闪耀侧壁光栅平行并处于SiO2层上，两组SiO2层和Si层交互覆盖，Si层置于最下方，SiO2层在最上层。本实用新型能够实现不同波长的衍射光被接收器所截取，对于光互连和粗波分复用中的应用是特别有前景的，具有尺寸紧凑、宽带操作和定制通带的优势。