带缓冲层的导模共振滤光片反射光谱特性

将均质多层膜系设计中的缓冲层概念引入到反射导模共振滤光片的设计中,以研究缓冲层的增加对导模共振滤光片反射光谱特性的影响.设计并通过严格的耦合波理论计算了一、二、三、四通道导模共振反射滤光片光谱特性.在膜系设计中增加缓冲层后.随着其厚度的逐渐增加.反射光谱中依次出现二、三、四个窄带反射峰;缓冲层厚度为796.35 nm时.当滤光片光栅层占空比在0.2～O.9范围内、光栅深度在100～200 nm变化时,共振峰的位置、反射率峰值高度几乎不变,保持了很好的多通道滤光片特性.     

基于铋纳米颗粒的自由沉降法 制作X射线吸收光栅

利用深反应离子刻蚀技术或湿法腐蚀在硅上制作光栅结构,将与光栅浸润的液体作为载体携带铋纳米颗粒进入光栅结构内,形成致密排列,从而制作出X射线吸收光栅.致密地填充了周期为42μm、刻蚀深度为150μm的光栅结构,比较了其与微铸造法制作的铋块体吸收光栅的X射线吸收性能,并通过填充周期为24μm和6μm的光栅结构,研究了光栅周期与填充致密性之间的关系.扫描电镜测试结果显示自由沉降法可有效制作较大周期光栅,但对周期为6μm光栅结构填充的致密性不佳。分析结果表明,对于小周期吸收光栅,需筛选所用填充颗粒,以保证颗粒粒径远小于光栅槽宽.基于纳米颗粒的自由沉降法可降低光栅制作成本及技术门槛,方便实现大面积吸收光栅的制作.     

高效全偏振矩形闪耀光栅的设计(英文)

入射光在光栅内传输时将激发产生离散模.本文采用模态法调节光栅内离散模的传输特性,使TE和TM偏振光所激发的0、1模为传输模,其余高阶模为消逝模.通过调控0模和1模间的累积相位差,对衍射光进行调控,实现了-1级近100%的高效衍射.采用模态法分三部设计了共振域的矩形全偏振闪耀光栅:1)根据光栅的共振条件给出光栅周期,光栅周期越大槽深越小;2)根据特征模方程计算出光栅占空比;3)根据耦合模条件计算机光栅槽深.实验结果表明,该光栅的TE和TM偏振光同时具备近100%的-1级衍射效率.给出了633nm波长-1级矩形石英全偏振闪耀光栅的典型设计实例,计算结果表明:所设计的全偏振闪耀光栅对TE和TM偏振入射光的-1级衍射效率分别高达96.7%和98.1%,且具有较宽的入射角及入射波长的变化适应范围,较大的制作容差.     

基于导模共振的窄带可调谐滤波器

提出了一种分离的导模共振滤波器.该结构由光栅层和两个被空气薄层隔开的平板介质波导组成.使用时域有限差分法分析了该光栅结构在不同的结构参数下的光谱特性.研究表明,当TM偏振入射时改变空气薄层的厚度可以实现共振波长的可调谐,并且共振波长几乎随着空气薄层厚度线性变化.浅调制光栅被用于实现窄线宽特性.波长可调谐范围为1 515~1 558nm,半高全宽小于0.6nm.     

基于PDMS薄膜的等离子体光栅仿真分析

为了实现对等离子体光栅共振波长的测量,研究光栅参数对应力的响应敏感程度,提出了一种新型的应力敏感型聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane,PDMS）薄膜等离子体光栅。基于时域有限差分（finite difference time domain,FDTD）法的原理,构造了一种结构仿真模型,即周期性等离子体光栅模型。借助周期边界条件,通过对光栅施加应力,改变等离子体光栅参数（即周期、占空比及Au膜厚度）来实现共振波长的测量,研究光栅参数对应力的响应敏感程度。最后将仿真结果与理论数值作对比,并得出相对误差大小。仿真结果表明,当光栅周期p=0.7 μm,占空比f=55%,金膜厚度b=0.02 μm时,对应力的响应最敏感。其次,将仿真所得不同周期时的共振波长与理论值相比较,可知二者结果相吻合;周期为0.7 μm时,共振峰的波长为1.251 μm,仿真结果与理论数值比较得到,其相对误差都不超过2%,结果较为准确。此方法在单色仪、光谱仪和传感等领域中具有重要作用。     

介质光栅导模共振耦合波分析

导模共振是由于光栅介质内高级次子波耦合进光栅所支持的泄漏模中,导致传播波能量重新分布的结果.采用严格的耦合波方法,通过分析波导的导波模式,正确估计出弱调制介质光栅导模共振的位置.并对导模共振与光栅厚度、基底厚度以及入射角的关系作了讨论.通过采用抗反射设计,获得了具有对称、低旁带特点的窄带共振峰 关键词： 导模共振 耦合波     

多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构

使用波长351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器作为光源,经过位相光栅分束,形成干涉光场,在硅表面直接刻蚀微结构,制作了周期为0.55 μm,槽深可达55 nm的一维微光栅和周期为1.25 μm,刻蚀深度45 nm的正交微光栅结构.给出了微光栅形貌结构的扫描电子显微镜和原子力显微镜的测量结果.正交微光栅的一级衍射效率在1.8%～6.3%之间.该研究是改变硅表面微结构,优化硅材料特性的一种新方法,并扩展了大功率激光刻蚀在表面微加工领域的应用.     

基于SiO2波导的低耦合系数、窄线宽、高阶布拉格光栅特性研究

推导了布拉格光栅三维耦合系数公式,构建了一种新型的波导型布拉格光栅三维数值模型,并基于此设计制备出一种基于SiO₂平面波导结构的低耦合系数、窄线宽、高阶布拉格光栅。从理论设计和试验验证两方面系统分析了布拉格光栅刻蚀深度及占空比对光栅耦合系数和线宽的影响,并最终设计制备出了中心波长为1 554.053 nm,反射率为-8.5 dB,峰值半高宽为89 pm的SiO₂波导结构布拉格光栅器件。本文设计制备的低耦合系数高阶布拉格光栅器件工艺简单,成本低,在滤波器、传感器及外腔窄线宽激光器领域中有广阔的应用前景。     

金属Al背电极二维AZO光栅的制备和陷光特性

研究了背电极金属Al膜上二维ZnO:Al光栅的制备及其反射光谱特性.在厚度为300 nm的Al膜上溅射80 nm ZnO:Al薄膜,旋涂AZ5206光刻胶,用波长为325 nm的激光进行光刻制作光栅掩模.采用溶脱-剥离法在Al衬底上制备周期(624~1250 nm)和槽深(100~300 nm)可独立调控的ZnO:Al二维光栅.表面形貌采用原子力显微镜和扫描电镜观察,反射光谱用带积分球的分光光度计测试,双向反射分布函数用散射仪测量.结果表明,300 nm Al膜上织构二维ZnO:Al光栅背电极结构,当光栅槽深为228 nm,周期从624 nm增加到986 nm时,背电极总反射率、漫反射率以及雾度均随光栅周期增大而显著增加,而当周期从986 nm增加到1250 nm时,总反射率、漫反射率以及雾度略有增加.双向反射分布函数测试结果进一步证实了上述实验结果,即随着周期增大,漫反射峰值越大,衍射峰个数也增多.提示背反电极上槽深为228 nm、周期为986 nm的二维ZnO:Al光栅具有较好的散射效果,其中漫反射占总反射的百分比为45%.     

分布反馈量子级联激光器光栅反馈特性北大核心CSCD

为探究Bragg光栅结构对TM模反馈特性的影响,利用有限时域差分法对具有TM模的分布反馈(DFB)量子级联激光器Bragg光栅结构进行仿真研究。重点分析了侧向耦合光栅的光学特性以及光栅侧壁倾角对光栅反射谱、损耗的影响及原因,并探究了光栅刻蚀深度及占空比与TM模的耦合系数、损耗的关系。结果表明有效折射率是影响Bragg波长的主要因素,而光限制因子是不同周期的侧向耦合光栅结构耦合系数产生巨大差别的原因,当光栅侧壁倾角90°时镜面损耗最小。光栅周期、占空比、刻蚀深度与耦合系数的关系表明:这些参数不仅影响光栅的相对介电常数,也会对光限制因子产生作用,从而影响耦合系数的大小;耦合系数与刻蚀深度具有正比关系,大周期光栅耦合系数随占空比的变化率较小。对光栅光反馈特性的理论研究有利于提升对DFB量子级联激光器的认识,促进激光器性能的提升和发展。     

High-order diffraction suppression using modulated groove position gratings

Conventional diffraction gratings composed of a series of equally spaced slits suffer from wavelength overlapping caused by high-order diffraction. Here modulated groove position gratings (MGPGs) are proposed to significantly suppress the high diffraction orders. Both numerical solution and experimental results demonstrate the effectiveness of MGPGs. The suppression ratio is determined by the number of grating grooves used. By using an MGPG with 10,000 grooves, a suppression ratio as high as 18,000 can be obtained. In addition, the minimum linewidth is kept to 1/4 of the grating period, which enables grating realization with high line density employing today's nanofabrication technology. Our results should be of great interest in both diffraction grating theory and applications, particularly due to MGPGs' applicability in a wide wavelength range and realizability with high line density.     

梯形介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了梯形介质膜光栅的衍射机理模型,利用该模型讨论了底角为70°的梯形介质膜光栅-1级的衍射行为.通过对梯形介质膜光栅的占空比、槽深和剩余厚度的优化,设计了应用于1053 nm和51.2°角度入射的梯形介质膜光栅.对于顶层为HfO2的介质膜光栅,当槽深为200 nm,剩余厚度为100 nm,占空比为0.35时.其衍射效率优于99.5%,而对于顶层为SiO2的梯形光栅,为获得99.5%的衍射效率.其槽深为800 nm,剩余厚度为320 nm.而且,获得同样的衍射效率,顶层为HfO2的梯形光栅具有更宽的光谱特性.数值计算表明,严格耦合波理论模型对梯形介质膜光栅衍射效率的计算具有很好的收敛性和稳定性.     

自支撑透射光栅的设计、制作和测试

采用标量衍射理论和严格耦合波理论分别计算和讨论了金自支撑透射光栅的衍射效率随波长和光栅周期变化的情况并设计了光栅的结构参数.制作了周期为300 nm、线宽/周期比为055、厚度为200 nm、总面积为1 mm×1 mm、有效面积比为65%的金自支撑透射光栅.在国家同步辐射实验室检测了该光栅在55—38 nm波长范围内的绝对衍射效率.检测结果表明所制作的光栅在8 nm附近具有接近10%的最大衍射效率,并且该光栅对于波长15—35 nm范围内的极紫外波段具有基本稳定的衍射效率. 关键词： 自支撑透射光栅 电子束光刻 电镀     

变栅距光栅实现啁啾脉冲光谱整形

为了充分利用放大介质的增益带宽,获得脉宽更短,功率更高的输出脉冲,需要将输入到主放大链的种子脉冲进行光谱整形来补偿放大过程中的增益窄化效应。提出了利用变栅距反射光栅实现中心波长1053nm,谱宽6nm啁啾脉冲的光谱整形。运用严格的光栅衍射耦合波理论分析光栅的衍射特性,发现该方案不会引入相位畸变。分别计算和分析了刻槽深度、入射角大小、光栅周期以及入射光波长的变化对衍射效率的影响,通过选取适当的光栅参量可获得0.5%~84%的光谱调制深度。     

反射型导模共振滤波器设计

导模共振滤波器由于其高峰值反射率,低旁带反射,窄带以及带宽可控等优良特性引起了人们极大的关注,采用亚波长光栅的导模共振效应可以实现传统基于高低折射率介质的多层膜滤波器所无法实现的特殊功能,在弱调制模式下,其共振带宽可以被压缩到零点几纳米,但是由于介质表面和空气层的菲涅耳反射,使得偏离或者远离共振区时的反射率偏高,根据等效介质理论,亚波长光栅在远离共振区可以被看为均匀的薄膜,本文通过对导模共振光栅进行单层、双层以及三层抗反射设计,有效的降低了导模共振光栅的旁带反射率,从而在可见光波段获得了性能优良的共振滤波 关键词： 导模共振 平面波导 傅里叶模式理论 窄带滤波     

飞秒激光用多层介质膜脉宽压缩光栅的设计

以薄膜光学的干涉理论和衍射光学的傅里叶模式理论为基础，给出了0.8μm飞秒激光器用多层介质膜脉宽压缩光栅的理论设计；设计采用H3L(HL)^9H0.5L2.4H的多层介质膜为基底，当刻蚀后表面浮雕结构的占宽比为0.35，线密度为1480线/mm，槽深为0.2μm，顶层HfO₂的剩余厚度为0.15μm时，对于Littrow角度(36.7°)和TE波模式入射的衍射光栅其-1级衍射效率达到95％以上. 关键词： 飞秒激光 脉宽压缩光栅 多层介质膜     

A detailed study of metallic surface-relief grating

This paper presents a more detailed interaction of an electromagnetics light with a metallic surface-relief subwavelength grating utilizing the rigorous coupled-wave analysis. The focus of this work is the accurate modeling of undetermined aspects of diffraction patterns produced by binary metallic grating structures, specially gold grating. First-order diffraction efficiency for rectangular-groove gold grating with equal groove and ridge widths are presented for various wavelengths as a function of period, groove depth, polarization and angle of incidence. We also studied diffraction efficiency of both of TE and TM polarization modes against increasing of incident angle as well as TE polarization against increment of grating period. As a result, very low reflectivity at zero-order was found out for TE and TM polarizations at the pitch of Λ = 2λ. Having been studied diffraction efficiency of metallic surface-relief gratings, we also examined polarization-dependent efficiency of diffraction orders, for different groove depths. Simulation results have been completely presented.     

Unified design of wavelength-independent deep-etched fused-silica gratings

We present a unified design of wavelength-independent deep-etched fused-silica gratings as polarizing beam splitters and polarization-independent two-port beam splitters by using the simplified modal method. By defining unified grating parameters as the ratio of incident wavelength to grating period and the ratio of groove depth to grating period, unified grating structures are found to be approximately wavelength-independent, which is based on the modal view of the accumulated phase difference of two excited propagating grating modes. Diffraction efficiencies given by the rigorous coupled-wave analysis (RCWA) verified this unified design at the wavelength of 1064 nm. It should be noted that this unified design of wavelength-independent gratings is an analytic result, which is impossible to be derived with the well-known numerical RCWA. Modal method is powerful and presents a clear physical picture for us to obtain this unified design. Therefore, this unified design can be used as a general guideline for designing deep-etched fused-silica gratings as beam splitters for practical applications from ultraviolet to near infrared.     

对称面形光栅TE模的衍射特性

本文采用耦合波方法计算了对称面形光栅的衍射效率,分析了光栅截面面形为正弦、三角形、矩形、梯形光栅衍射效率与光栅周期、沟槽深度的关系,计算了光栅的峰值衍射效率。理论计算表明:合理地选择光栅周期、沟槽深度,对称面形光栅都可以达到很高衍射效率,接近100%;光栅的峰值衍射效率基本出现在Bragg衍射且光栅的周期等于衍射波长时。     

太赫兹偶数分束器设计与公差分析

本文运用二元光学矢量理论设计了一种硅基太赫兹偶数分束器, 实现高衍射效率、高均匀性、有效抑制零级的偶数分束, 突破传统标量方法设计局限性, 给出了分束器脊宽、槽宽、槽深、占空比、基底厚度等结构参数的最优设计值, 并进行了公差分析, 得到分束器各结构参数的加工允许偏差范围, 对器件的设计和制作具有指导意义.