金膜上亚波长小孔阵列表面等离激元颜色滤波器偏振性质

金属薄膜上制备的表面等离激元颜色滤波器具有很强的颜色可调性. 在200 nm厚的金膜上, 通过聚焦离子束刻蚀, 制备一系列周期逐渐变化的圆形、方形、矩形亚波长尺寸小孔方阵列表面等离激元颜色滤波器, 改变入射光的偏振方向, 观察其超透射滤波现象. 研究发现: 对于矩形小孔阵列, 其透射光颜色随入射光偏振方向的变化而改变; 而对于圆形、方形的小孔阵列, 其透射光颜色对入射光的偏振方向并不敏感. 分析表明, 对于金膜上刻蚀的小孔结构, 虽然结构的周期性导致的表面等离激元极化子会对透射光的颜色变化产生一定影响, 但是随小孔形状变化的局域表面等离激元共振才是影响透射光颜色的决定性因素. 如果入射光没有在小孔中激发出局域表面等离激元, 则表面等离激元极化子对透射光的影响也会消失. 根据不同形状小孔周期结构透射光颜色随入射光的偏振变化特点, 制备出了包含两种小孔形状的复合周期结构. 随着入射光偏振方向的改变, 该结构会显示出不同的颜色图案. 关键词： 表面等离激元极化子 局域表面等离激元 颜色滤波器 亚波长小孔阵列     

矩形纳米狭缝超表面结构的近场增强聚焦调控

为了实现对入射光的近场亚波长增强聚焦,设计了一种由内部矩形纳米狭缝圆环阵列和外部多圆环狭缝构成的超表面结构,得到了该结构激发的表面等离激元电场表达式,并从物理机理上解释了该结构中心聚焦及增强聚焦的原理.利用时域有限差分方法仿真研究了该超表面结构在不同偏振态入射光下的激发场聚焦特性.根据理论推导与仿真结果可得,该结构在波长为980 nm的圆偏振光入射下于近场的金属表面结构中心处生成半高宽为650 nm左右的亚波长聚焦光斑,其场分布为近似的第一类贝塞尔函数.与单一的矩形纳米狭缝圆环阵列结构相比,带有外部多圆环狭缝的复合结构具有更好的增强聚焦效果,使得中心焦斑强度提升了一倍,且更有利于对激发场进行调控.除此之外,还讨论了任意偏振方向的线偏振光入射结构激发的电场,得到了电场的解析表达式,即入射光偏振角的正弦函数包络乘上第一类贝塞尔函数.本文的研究对基于超表面结构的亚波长光调控有一定的指导意义,在光镊、亚波长尺度光信息传输与处理等领域也有一定的应用价值.     

一维光子晶体带隙结构对不同偏振态的角度和波长响应

用传输矩阵法计算了一维光子晶体带隙结构对不同偏振态入射光的角度和波长响应. 结果表明，对P偏振态，带隙的宽度明显小于S偏振态. 对于角度响应，两种偏振态有相同的变化趋势，但变化量不同. 而对于波长响应，两种偏振态表现出不同的变化趋势. 引入了“广义布儒斯特角”的概念. 理论分析表明，当光以此角射入光子晶体时，S偏振态入射光的禁带完全保留，而P偏振态入射光的禁带完全消失，从而可以在S偏振态入射光的禁带背景中用P偏振态入射光获得受主掺杂模式. 同时还给出了实验验证结果. 关键词： 体积全息图 光子晶体 偏振     

基于Ag纳米棒阵列的表面等离激元微型偏振器

采用静电近似理论计算了Ag纳米棒阵列在不同偏振光入射下的消光光谱。当入射光偏振方向平行于纳米棒长轴时会激发表面等离激元纵向振动模式,而当入射光偏振方向垂直于纳米棒长轴时会激发表面等离激元横向振动模式。基于两种模式共振波长的不同,采用Ag纳米棒阵列可以用来设计高性能的表面等离激元微型偏振器。Ag纳米棒阵列的偏振性能在纵向共振波长明显优于在横向共振波长,通过调节纳米棒的纵横比可以对纵向模式的共振峰位进行大范围调控。结果表明这种微型偏振器所适用的波长能够通过纳米棒的纵横比在可见到近红外波段范围内调控,而消光比和插入损耗能够通过纳米棒的直径和长度实现调控。     

金属纳米颗粒光学性质的离散偶极近似计算

采用离散偶极子近似(DDA)方法,研究了单体银纳米粒子和银纳米粒子阵列的光谱特性。研究结果发现,单体银纳米粒子的表面等离子体共振消光峰的位置随着周围介质折射率和粒子尺寸的增大逐渐红移,并且消光光谱的峰宽也越来越大。当银纳米粒子正方阵列的周期接近单体的共振波长时,阵列的消光光谱中会出现尖锐的共振峰,改变粒子尺寸的大小可以发现消光光谱中共振峰的峰值和位置有大幅度地改变,通过改变阵列在平行和垂直于入射光偏振方向上的周期,可以调节二维长方阵列共振峰的峰宽和峰位。该研究为纳米粒子在光学显微镜、生物传感元件、数据存储等领域中的应用提供有效地理论参考。     

倾斜光纤光栅谱特性

基于倾斜光纤光栅耦合模理论,采用数值分析法研究了前后向导模耦合时倾斜角度和调制深度对倾斜光纤光栅反射谱的影响,以及导模和辐射模耦合时针对不同的入射光偏振态在倾斜角度、调制深度、光栅长度等不同时倾斜光纤光栅透射谱(或反射谱)的特性.研究结果表明,在前后向导模耦合时,不同偏振态入射光的光谱几乎相同;而对于辐射模耦合,由于反射谱的包络受消光系数的调制,而不同偏振态入射光的消光系数不同,并且倾斜角度越大不同偏振态的入射光的消光系数差别越大,故在研究辐射模耦合时需要将偏振态予以考虑.     

倾斜光纤光栅谱特性

基于倾斜光纤光栅耦合模理论,采用数值分析法研究了前后向导模耦合时倾斜角度和调制深度对倾斜光纤光栅反射谱的影响,以及导模和辐射模耦合时针对不同的入射光偏振态在倾斜角度、调制深度、光栅长度等不同时倾斜光纤光栅透射谱(或反射谱)的特性.研究结果表明,在前后向导模耦合时,不同偏振态入射光的光谱几乎相同;而对于辐射模耦合,由于反射谱的包络受消光系数的调制,而不同偏振态入射光的消光系数不同,并且倾斜角度越大不同偏振态的入射光的消光系数差别越大,故在研究辐射模耦合时需要将偏振态予以考虑.     

内嵌矩形腔楔形金属狭缝的增强透射

金属薄膜上亚波长金属狭缝的非共振光增强透射对宽频带光子器件的设计具有重要意义. 为增强金属狭缝的光透射, 设计了内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列, 并用有限元方法研究了该结构的透射特性. 结果表明, 内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列比无矩形腔的楔形金属狭缝阵列透射率高. 此外, 还研究了矩形腔的结构参数和位置对内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列透射特性的影响. 这些结果将对设计具有更高透射能力的金属狭缝具有一定的指导意义. 关键词： 光异常透射 金属狭缝 表面等离极化激元     

双轴晶体锥光效应光盘径向寻迹研究

根据晶体锥光效应提出一种光控制方法.在双轴晶体中光波沿光轴方向入射时,其传播方向随光偏振方向的不同而改变,通过控制磁光偏振调制器上磁场强度改变光的偏振方向,从而实现对激光束方向的控制.据此分析了双轴晶体锥光效应光盘寻迹的基本原理并设计出总体方案,数值模拟计算得到晶体入射光偏振角度与寻迹位移的关系,初步验证了此方案的合理性,该方案与传统机电跟踪寻迹方式相比具有结构轻巧,动态响应快等优点.同时,也为光开关、扫描等技术提供了一种新的思想和方法.     

双轴晶体锥光效应光盘径向寻迹研究

根据晶体锥光效应提出一种光控制方法.在双轴晶体中光波沿光轴方向入射时,其传播方向随光偏振方向的不同而改变,通过控制磁光偏振调制器上磁场强度改变光的偏振方向,从而实现对激光束方向的控制.据此分析了双轴晶体锥光效应光盘寻迹的基本原理并设计出总体方案,数值模拟计算得到晶体入射光偏振角度与寻迹位移的关系,初步验证了此方案的合理性,该方案与传统机电跟踪寻迹方式相比具有结构轻巧,动态响应快等优点.同时,也为光开关、扫描等技术提供了一种新的思想和方法.     

光学元件残余偏振测量方法与装置

光学镜头的残余偏振是影响偏振遥感探测、偏振军事目标识别和精密光学测量仪器测量准确度的一个关键参数。针对大口径可见光波段光学镜头偏振度准确测量的问题,研制了一台光学镜头残余偏振度测量装置。该装置利用表面镀金属膜的大口径离轴抛物面反射镜作为准直光源,通过控制入射光的入射角、降低入射光源的残余偏振度等技术,在水平、垂直、45°、135°的方向获得了一致性很高的斯托克斯参量。为了验证该装置的性能,对可见光波段口径小于160 mm的光学镜头残余偏振进行了实际测量,测量结果表明,该测量装置的残余偏振度低于0.2%,可满足高精度光学镜头残余偏振的测量需要。     

Fiber Sagnac π-shifted interferometer for a polarization-independent PMNT high-speed electro-optic switch

We propose and analyze experimentally a high-speed polarization-independent lead magnesium niobate titanate (PMNT) electro-optic switch using a π-shifted fiber Sagnac interferometer (FSI). In the proposed switch, the PMNT high-speed electro-optic ceramic is used as a phase retarder for two counterpropagating waves, which can switch the energy between the reflection and transmission ports of the FSI. Because of an initial π shift introduced into the FSI by actively adjusting the polarization controller, the power response of the switch is independent of the polarization orientation of the incident light, which induces the polarization-independent characteristic of the switch. An optical switch with cross talk lower than -25 dB and a switching time of less than 200 ns is experimentally investigated. The insertion loss and electric hysteresis property are also demonstrated. Finally, a scheme to form the n × n switch matrix is proposed.     

Optical characteristics of transparent PMNT ceramic and its application at high speed electro-optic switch

The optical characteristics of transparent lead magnesium niobate titanate (PMNT) electro-optic ceramic, including the electro-optic phase modulation, electric hysteresis property and thermo-optic coefficient, are investigated in detail. Based on this novel ceramic, a polarization independent electro-optic switch by using fiber Sagnac interferometer (FSI) structure is realized. An initial π-shift is introduced into the Sagnac loop to eliminate the effect of the polarization orientation of the incident light on the switch performance. Then an electrically controllable PMNT phase retarder is used to switch the optical signal between the reflection and transmission ports. Some theoretical analyses are given and the switch performances are also discussed, including the thermal characteristic and different switching frequency response.     

一维液晶光子晶体透射谱的研究

一维液晶光子晶体在光滤波器、低阈值激光器和光开关等领域有着很好的应用前景。研究了一维液晶光子晶体的透射谱,电压范围在0～10V内,光谱调谐范围约为50nm,透射峰半高宽为18nm,禁带宽度近400nm。进一步提出了非偏振光型液晶光子晶体,设计了相互垂直0°扭曲取向的双液晶层一维液晶光子晶体器件。双液晶层起到了对各向偏振光光程的补偿作用,使得禁带中的两个透射峰合并为一个透射峰,加强了光强度,增强了滤波性能。     

多功能太赫兹超表面偏振控制器

本文提出了一种“金属栅-开口环/硅环-金属栅”结构的透射式超表面偏振控制器, 研究了入射角度和抽运光对该器件传输及偏振态控制性能的影响. 研究结果表明, 当线偏振太赫兹波垂直入射时, 可对0.39-1.11 THz频段的太赫兹波实现偏振方向90°旋转, 偏振旋转效率为99%, 损耗为1 dB. 对于斜入射的情况, 偏振转换性能在0-60°范围内基本保持不变, 且透过率达到90%以上. 同时, 通过调控抽运光强度的方式, 该器件能够实现对透射与反射太赫兹光束的强度调制, 调制深度均达到90%, 且可以实现太赫兹波偏振分束功能. 该器件可以作为未来太赫兹空间光通信和信息处理的宽带、角度不敏感、可调谐的偏振转换器和分束器.     

激光测距机发射光学系统透射特性研究

为分析激光测距机发射光学系统透射特性对测距性能的影响,利用光线追迹公式和部分偏振光理论,得出了激光测距机发射光学系统透射率的定量解析式。针对发射光学系统特例,定量分析了其透射率与入射激光束偏振参量和几何光学参量间的关系。结果表明：随着入射角增加,激光束偏振参量对发射光学系统透射特性将产生较明显影响,当激光器发射的激光脉冲是随机的部分偏振光时将引起测距机发射激光脉冲能量的随机变化。     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃。在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数字式光开关功能。实验中,器件结构引起的光损耗为0.3 dB,开关功率为130~150 mW,开关时间约为50μs,相邻输出端之间隔离度为15 dB。与马赫-曾德尔干涉仪型的2×2热光开关和等离子体效应热光开关的最新结果进行比较证明了该数字式热光开关的先进性。     

A Compact Optical Switch via Plasmonics of Subwavelength Circular‐Sharp Hole Arrays in Metal Films

We studied numerically the enhanced optical transmission (EOT) through periodic subwavelength circular‐sharp hole arrays in metallic films with different edge sharp distribution features of unit structures. Detailed studies indicate that the unit structure edge sharp distribution features strongly influence the surface plasmons (SPs). These results demonstrate that the number of edge sharp activated the localized surface plamons (LSP) resonance on the unit structure is changed by rotating the polarization of the incident light, leading to change the infrared transmittance of the array. Moreover, a compact plasmonic switch via periodic circular‐sharp hole arrays based on the dependence of SPs on unit structural edge sharp distributions is proposed. The finding provides a new idea for designing plasmonics devices, and expands the application range of metal micro‐nano structure in the field of optical communications and information processing.     

具有单一复合调制区的多模干涉效应耦合器1×3光开关的分析

基于多模干涉自映像原理，分析了一种仅含一个复合调制区的1×3光开关。该开关处于不同工作状态时，调制臂上所加相位调制量之间存在倍数关系，于是可将调制臂上的相移器组合成一个复合调制区，通过连续改变复合调制区的折射率变化量，因此可以将来自任一输入端的光场轮流切换到任意输出端口。以Al0.07，Ga0.93As／GaAs脊形波导结构为例，采用BEAMPROP软件，对该开关进行了优化和理论验证。消光比高达30．3dB；相邻通道之间的串扰低于-29．8dB；在1．31μm工作波长处约50nin的波谱范围内，串扰低于-20dB。该结构可简化传统多通道开关的调制方法，降低外加控制方法的复杂程度。     

基于亚波长二维光栅的入射角不敏感颜色滤光片研究

提出了一种基于二维亚波长光栅的具有非偏振光入射下入射角不敏感特性的反射式颜色滤光片. 采用严格耦合波分析方法详细分析了光栅周期、光栅层厚度以及固定光栅占空比下光栅的结构尺寸对反射率峰值、反射带位置及带宽的影响. 结合入射角不敏感特性, 经过优化设计得到了光栅的最终结构参数, 获得了中心波长424 nm, 峰值反射率56%, 带宽45 nm的反射滤光片.模拟结果表明, 在非偏振光入射下, 此滤光片的反射光谱表现出显著的入射角不敏感特性. 当入射角高达60°时反射带的中心波长偏移6 nm 反射率下降6%带宽增加8 nm 其参数没有较大变化通过调整光栅的结构参数可在400–520 nm范围内调节滤光片的中心波长以获得不同颜色的入射角不敏感滤光片. 关键词： 反射式滤光片 二维亚波长光栅 入射角不敏感 严格耦合波分析