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%.     

湿法和溶脱法的亚微米ZnO:Al光栅制备

以激光干涉法得到的光刻胶图案为掩模,采用湿法刻蚀和溶脱-剥离法制备了具有良好减反射特性的亚微米掺铝氧化锌（ZnO:Al, AZO）光栅。表面形貌特征和反射光谱测试结果表明,湿法刻蚀较溶脱-剥离法得到的AZO光栅表面更为粗糙,两者均方根粗糙度分别为25.4,7.6 nm。在400～900 nm波段,两种方法制备的周期和高度相同的光栅,平均总反射率分别由AZO薄膜的12.5%下降到8.3%和10.2%。两者的平均镜面反射率分别为6.2%和6.6%,平均漫反射率分别为2.1%和3.6%。湿法刻蚀得到的表面较为粗糙AZO光栅的漫反射明显减弱,从而导致总的减反特性优于溶脱-剥离法得到的表面起伏相对较小的AZO光栅。     

用粉末靶在玻璃和PI衬底上制备AZO/Ag/AZO薄膜

室温下在玻璃和聚酰亚胺两种不同衬底上, 采用射频磁控溅射法溅射掺铝氧化锌(AZO)粉末靶和固体Ag靶, 制备了两组AZO/Ag/AZO 3层透明导电薄膜, 研究了AZO层厚度对不同衬底3层膜结构和光电性能的影响.结果表明:不同衬底的两组AZO/Ag/AZO薄膜均为多晶膜.当Ag层厚度不变时, 随着AZO层厚度的增加, 两组薄膜电学性能变化不大, 透射峰向长波方向移动.玻璃和PI衬底上制备的AZO(30 nm)/Ag(14 nm)/AZO(30 nm)薄膜, 在550 nm处的透光率分别为85%和70%, 方块电阻分别为2.6 Ω/□和4.6 Ω/□.     

亚波长浮雕光栅的衍射和抗反射及增透研究

研究了亚波长光栅的衍射对抗反射和增强透射性能的影响。理论分析表明,如果要达到抗反射和增强透射的双重效果,需要避免衍射引起的横向波导损耗,光栅周期要足够小;而如果只需要达到抗反射效果,可利用光栅衍射形成横向波导共振降低反射效率,此时光栅周期不需要很小。利用严格耦合波理论对周期、占空比及凹槽深度等结构参数进行优化。采用激光干涉光刻法制作了周期为290 nm的一维浮雕光栅,并测试其透射及反射光谱,结果表明这种结构在大角度范围内对可见光波段有明显的抗反射效果,但是只有波长在非衍射区才具有透射增强效果,而在衍射区透射降低。该研究实验和理论分析相一致,研究结果为根据应用要求合理选择光栅周期、降低制备工艺提供了清晰的物理图像和参考。     

基于45°辐射倾斜光纤光栅的全光纤偏振相关器件

报道一种基于45°辐射倾斜光纤光栅(RTFG)的全光纤偏振相关器件。由于独特的偏振相关模式耦合特性,其可作为一种理想的全光纤起偏器、偏振相关耦合器、全光纤衍射器。基于体电流法建立倾斜光纤光栅的偏振耦合理论,从理论和实验角度系统地分析45°RTFG的偏振辐射耦合、衍射分光及偏振特性。仿真结果和实验结果表明,45°RTFG的透射和辐射有良好的偏振功能。一根长度为24 mm的45°RTFG在波长为1550 nm处的偏振消光比(PER)为22 dB,3 dB带宽超过300 nm。通过制备不同长度的45°RTFG,可以实现具有不同PER的光栅。光栅的辐射模沿角向呈准高斯分布,沿轴向呈指数衰减分布,并且其空间衍射角色散约为0.054 (°)/nm。实验结果与理论结果完全匹配,45°RTFG具有潜在的应用前景。     

大面积10000线/毫米软X射线金属型透射光栅的设计、制作与检测

基于严格的矢量耦合波理论,优化设计了用于13.4nm软X射线干涉光刻的透射型双光栅掩模版. 采用电子束光刻技术,在国内首次成功制作了周期为100nm的大面积金属型透射光栅.光栅面积为1.5mm ×1.5mm,Cr浮雕厚度为50nm,Gap/period为0.6,衬底Si₃N₄厚度为100nm. 此光栅将用于上海光源软X射线干涉光刻实验站.利用其1级衍射光和2级衍射光将可以经济高效地制作周期为50和25nm的大面积周期结构.最后,测量了该光栅对波长为13.4nm 同步辐射光的衍射光强度,并且推算得出该光栅的1级和2级衍射效率分别为4.41%和0.49%,与理论设计值比较符合.实验结果与理论模拟结果的对比表明该光栅侧壁陡直,Gap/period的控制也与设计值符合. 关键词： 软X射线金属型透射光栅 严格耦合波方法 衍射效率 软X射线干涉光刻     

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     

一维增透亚波长光栅的研究

将具有高透射性的亚波长光栅置于微机械波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)的内腔当中可以提高波长的调谐范围,为了使波长调谐范围达到最优则必须优化高透射性的亚波长光栅使其透射率达到最大。利用严格耦合波法分析了亚波长光栅的占空比、周期、厚度和入射角对其透射率的影响并找出最优的光栅参数。通过计算分析可得,对于TE和TM偏振存在最佳的占空比使其透射率达到99.5%。在文中条件下,它们对应的占空比分别为0.23和0.80。而光栅厚度对于TE和TM偏振透射率的影响是周期性的,在一个周期内存在一个最佳值使其透射率达到最高。在文中条件下,TE偏振的厚度周期是150 nm,TM偏振的厚度周期是300 nm。当光栅参数不变时,无论是TE还是TM偏振光,它们的透射率只有在垂直入射光栅时(入射角为0°)才能达到最大。而通过等效介质原理可以得出,周期对透射率没有影响。最后计算了透射率在光栅厚度和占空比同时变化时的变化趋势,并从中得出最优的光栅参数。     

两种亚波长金属波片的透射特性对比

综合等效介质理论和表面等离子激元(SPP)Bloch模型,对比分析了两种新的亚波长光栅结构:二维矩形金属光栅和二维椭圆柱金属光栅。利用时域有限差分(FDTD)算法,对比分析了两种结构的透射率及其相位延迟与入射光波长及偏振角变化的关系,尤其两种结构实现λ/4波片功能所对应的透射特性。仿真结果表明,当入射光偏振角为75°时,两种结构均可实现λ/4波片功能,此时二维矩形和椭圆柱金属光栅的透射率分别为0.77和0.67,表明二维矩形金属光栅比椭圆柱光栅具有更好的透射效果。对应550～800nm的入射波长,两种光栅在各自允许的入射偏振角范围内均表现了较为平坦的宽带透射特性。     

基于光谱合束技术的透射光栅模拟设计

半导体激光器光谱合束技术能够实现近衍射极限的高功率激光输出,已成为当前研究热点。衍射光栅的性能直接决定光谱合束的激光输出效果。模拟设计了一种针对940 nm波长、熔融石英材料的亚波长透射光栅。基于严格耦合波理论对光栅结构进行初步设计,运用Rsoft软件依次对光栅占空比、脊高和周期等参数进行优化确定,同时分析了各个参数对光栅衍射效率的影响。所设计的透射式光栅实现第-1级衍射级次的波分复用功能,衍射效率达到91.2%(TE模式),同时压缩其他衍射级次,使其衍射效率降到1.2%以下。同时在光栅入射角度59°±3°范围内保持90%以上的衍射效率,实现高功率激光输出的同时具有较高的误差容错率,易于调节,满足光谱合束技术的要求。     

Thin and thick diffraction gratings: Thin matrix decomposition method

A brief review of the properties of transmission diffraction gratings is presented. Two types of gratings will be analyzed: thin and volume gratings explaining how the efficiency of the different orders that propagate inside the gratings can be calculated in both cases. For thin diffraction gratings the so-called amplitude transmittance method is applied in order to get the amplitude of the different orders, whereas in the case of volume gratings more complex methods are needed, such as Coupled Wave or modal theories. We will comment on the thin matrix decomposition method (TMDM), firstly proposed by Alferness, which gives a very intuitive approach and connects the properties of thin gratings to the properties of volume ones. The thin matrix decomposition method consists in dividing the volume grating in a number of thin gratings and applying the amplitude transmittance method to each thin grating. In this way the output of a grating will be considered as the input of the next and any individual grating can be treated by the amplitude transmittance method. The novelty of this work is that a comparison is made between the analytical expressions obtained by Alferness using the TMDM with the numerical results obtained using the coupled wave (CW) and rigorous coupled wave (RCW) theories for the efficiencies of the zero, first and second order when a plane wave incides onto a sinusoidal diffracion grating at the second on-Bragg replay angular condition.     

Extraction of guided modes from organic emission layers by compound binary gratings

The extraction of guided modes from a 100 nm organic emission layer by compound binary gratings with multiple superimposed periods at different ratios is investigated. We measure angle-dependent photoluminescence from samples with double-period (350 and 450 nm), triple-period (350, 400, and 450 nm), and multiperiod (350, 400, 450, and 500 nm) gratings and show that each period component produces two outcoupling features due to first-order Bragg scattering of the TE(0) guided mode. The averaged angular color change is reduced by up to a factor of 11 compared to a single-period grating structuring.     

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     

双带通啁啾光纤光栅光谱特性仿真及分析

针对啁啾光纤光栅的带通滤波特性,设计了纤芯/包层复合结构的啁啾光纤光栅滤波器.基于光纤耦合模和传输矩阵理论及坐标变换方法,对其光谱特性进行仿真分析,验证了该光栅的双带通滤波特性;对周期为536、537、538nm,长度为8、10、12mm,折射率调试深度为0.0002、0.0003、0.0004,啁啾系数为0.05、0...     

大角带宽高衍射效率体全息光栅的设计和制备

高性能体全息光栅是全息波导的重要耦合元件,角带宽小、平均衍射效率不高是制约体全息光栅性能的重要因素.以不对称倾斜记录为出发点,设计并制备了大角带宽高衍射效率的体全息光栅.首先讨论在横电模式光和横磁模式光下体全息光栅的记录参数与其衍射效率的关系,找到平均衍射效率较高的记录参数范围,随后进一步分析在此范围内的记录参数与体全...     

Normal-incidence guided-mode resonant grating filters: design and experimental demonstration

Guided-mode resonant grating filters have numerous applications. However, in weakly modulated gratings designed for use at normal incidence, the filtering resonance of these subwavelength-period devices splits for angles of incidence that are even slightly off normal incidence. Strongly modulated gratings are designed that essentially overcome this practical problem near normal incidence. In addition, these gratings can have, by design, either broad or narrow spectral characteristics. An experimental demonstration (1.5-2.0-mu m wavelength range) of such a normal-incidence guided-mode resonant silicon grating upon a sapphire substrate is presented. The measured reflection resonance had a FWHM of 67-100 nm for angles of incidence of 0-8 degrees and peak efficiency of ~80% .     

Influence of Zr_(50)Cu_(50) thin film metallic glass as buffer layer on the structural and optoelectrical properties of AZO films

Aluminum-doped ZnO(AZO) thin films with thin film metallic glass of Zr(50)Cu(50) as buffer are prepared on glass substrates by the pulsed laser deposition. The influence of buffer thickness and substrate temperature on structural, optical, and electrical properties of AZO thin film are investigated. Increasing the thickness of buffer layer and substrate temperature can both promote the transformation of AZO from amorphous to crystalline structure, while they show(100)and(002) unique preferential orientations, respectively. After inserting Zr(50)Cu(50) layer between the glass substrate and AZO film, the sheet resistance and visible transmittance decrease, but the infrared transmittance increases. With substrate temperature increasing from 25℃ to 520℃, the sheet resistance of AZO(100 nm)/Zr(50)Cu(50)(4 nm) film first increases and then decreases, and the infrared transmittance is improved. The AZO(100 nm)/Zr(50)Cu(50)(4 nm) film deposited at a substrate temperature of 360℃ exhibits a low sheet resistance of 26.7 ?/, high transmittance of 82.1% in the visible light region, 81.6% in near-infrared region, and low surface roughness of 0.85 nm, which are useful properties for their potential applications in tandem solar cell and infrared technology.     

外加磁场对射频磁控溅射制备铝掺杂氧化锌薄膜影响的研究

利用射频磁控溅射法制备了铝掺杂氧化锌(AZO)透明导电薄膜,在传统的磁控溅射系统中引入外加磁场,研究了外加磁场对AZO薄膜沉积速率、形貌结构及光电特性的影响.研究结果表明,外加磁场后薄膜的沉积速率从不加磁场的13.04 nm/min提高到了19.93 nm/min;外加磁场后薄膜表面平整致密、颗粒大小均匀,结晶质量较高,而不加磁场薄膜表面形貌呈蠕虫状,薄膜质量较差.溅射时间为90 min时,外加磁场前后AZO薄膜方阻分别为30.74?/和12.88?/.外加磁场对薄膜可见光透过率影响不大,但使薄膜的吸收边蓝移现象更明显.运用ansys软件对磁控溅射二维磁场分布模拟后发现,外加磁场提高了靶上方横向磁场强度,改善了磁场分布的均匀性,加强了磁场对电子的磁控作用,提高了靶电流,是AZO薄膜的溅射速率、光电性能和形貌结构得到提高和优化的原因.