Highly directional waveguide grating antenna for optical phased array

A highly directional waveguide grating antenna by patterning top cladding has been proposed. Spatial separation of the grating structure from the waveguide reduces the strength of perturbation to achieve a millimeter-scale emission. The optimized grating structure offers above 70% directionality with 800 nm waveguide width. The vertical field-of-view of 15° is achieved with 100 nm wavelength bandwidth. Thanks to the its simple structure and large critical dimension, the proposed structure is suitable for manufacturing in CMOS foundries with DUV lithography.     

高功率圆波导多孔阵列定向耦合器设计

设计了一种应用于8 mm回旋管输出功率测量和频谱监测的圆波导-矩形波导多孔阵列耦合定向耦合器。利用弱耦合波理论推导了多孔阵列耦合公式,从数值计算和模拟仿真两个方面对比分析了8孔孔径阵列分别呈正反分布的等孔径、二项式、切比雪夫和高斯分布的耦合特性。在此基础上,结合等孔径分布耦合度带内波动小和切比雪夫分布高定向性的优点,提出了复合孔径阵列的设计思想。模拟结果显示:复合孔径阵列很好地兼顾了多种孔径阵列分布的优势,带内耦合度波动较小,有效频带范围较宽,且定向性优越。同时对定向耦合器的方向性改善进行了探讨,可以看出,适当的孔径分布阵列如切比雪夫分布和阵列边缘尾孔间距的调整都可以有效地提高定向性。     

高功率圆波导多孔阵列定向耦合器设计

设计了一种应用于8 mm回旋管输出功率测量和频谱监测的圆波导-矩形波导多孔阵列耦合定向耦合器。利用弱耦合波理论推导了多孔阵列耦合公式，从数值计算和模拟仿真两个方面对比分析了8孔孔径阵列分别呈正反分布的等孔径、二项式、切比雪夫和高斯分布的耦合特性。在此基础上，结合等孔径分布耦合度带内波动小和切比雪夫分布高定向性的优点，提出了复合孔径阵列的设计思想。模拟结果显示:复合孔径阵列很好地兼顾了多种孔径阵列分布的优势，带内耦合度波动较小，有效频带范围较宽，且定向性优越。同时对定向耦合器的方向性改善进行了探讨，可以看出,适当的孔径分布阵列如切比雪夫分布和阵列边缘尾孔间距的调整都可以有效地提高定向性。     

Spin-controlled directional launching of surface plasmons at the subwavelength scale

In this paper, we demonstrate a spin-controlled directional launching of surface plasmons at the subwavelength scale.Based on the principle of optical spin's effect for the geometric phase of light, the nanostructures were designed. The inclination of the structures decides the spin-related geometric phase and their relative positions decide the distance-related phase. Hence, the propagation direction of the generated surface plasmon polaritons(SPPs) can be controlled by the spin of photons. Numerical simulations by the finite difference time domain(FDTD) method have verified our theoretical prediction. Our structure is fabricated on the Au film by using a focused ion beam etching technique. The total size of the surface plasmon polariton(SPP) launcher is 320 nm by 180 nm. The observation of the SPP launching by using scanning near-field optical microscopy is in agreement with our theory and simulations. This result may provide a new way of spin-controlled directional launching of SPP.     

场发射栅孔阵列的制备

采用硅的局部氧化技术以及湿法刻蚀技术,利用2.6 μm的光刻掩模板在n型硅片上形成了栅极孔径为1 μm的场发射阴极的栅极空腔阵列,实现了用大阵点尺寸的栅极掩模板制备较小尺寸栅孔阵列。硅的湿法刻蚀溶液采用各向同性的硝酸和氢氟酸混合溶液,刻蚀后空腔的深度和宽度均随刻蚀时间线性增加。同时,由于刻蚀溶液具有较高的Si/SiO2 刻蚀选择比,栅极孔径随刻蚀时间增大的速度远低于深度和宽度增大的速度,栅极孔径主要取决于掩模的尺寸和氧化层的厚度。通过选择掩模板的尺寸以及氧化层的厚度,采用局部氧化技术和湿法刻蚀技术能够制备出微米或亚微米的场发射阴极的栅极空腔阵列。     

点缺陷阵列对声子晶体波导定向辐射性能的影响

将点缺陷阵列应用于声子晶体波导,提出一种具有高定向辐射性能的复合声子晶体波导. 基于有限元法的数值分析表明,附加到声子晶体波导表面的点缺陷阵列可激发出作为次级声源的谐振模. 谐振模辐射的声波与波导出射端口直接辐射的声波相互干涉,可以使声子晶体波导的法向辐射声压提高161.21%、发散角减小85.35%. 当点缺陷的数目增大到一定程度后,波导的定向辐射性能不再有明显的改善. 该研究为改善波导的定向辐射性能提供了一种新方法. 关键词： 声子晶体波导 点缺陷 谐振模 定向辐射     

一种用于时间反演通信的亚波长天线阵列设计

基于时间反演电磁波的远场超分辨聚焦特性, 设计了一种亚波长天线阵列, 其天线单元刻蚀有微结构、单元间距为1/20工作波长且信道相互独立. 在保证相似的辐射特性的条件下, 该亚波长天线阵列对比于其他微结构刻蚀所组成的亚波长天线阵列, 具有较好的远场超分辨率聚焦特性. 为基于时间反演的高速率、高质量多天线通信提供了一种有效的终端天线阵列.     

场发射栅孔阵列的制备

 采用硅的局部氧化技术以及湿法刻蚀技术,利用2.6 μm的光刻掩模板在n型硅片上形成了栅极孔径为1 μm的场发射阴极的栅极空腔阵列,实现了用大阵点尺寸的栅极掩模板制备较小尺寸栅孔阵列。硅的湿法刻蚀溶液采用各向同性的硝酸和氢氟酸混合溶液,刻蚀后空腔的深度和宽度均随刻蚀时间线性增加。同时,由于刻蚀溶液具有较高的Si/SiO₂ 刻蚀选择比,栅极孔径随刻蚀时间增大的速度远低于深度和宽度增大的速度,栅极孔径主要取决于掩模的尺寸和氧化层的厚度。通过选择掩模板的尺寸以及氧化层的厚度,采用局部氧化技术和湿法刻蚀技术能够制备出微米或亚微米的场发射阴极的栅极空腔阵列。     

小尺寸矢量阵的多极子指向性低频测试与校正技术

提出一种在有限空间中小尺寸矢量阵的低频工作段测试与校正技术.在低频测试技术的建立中,引入瞬态段信号以消除有限空间内的多途作用。同时,考虑矢量阵特性下的偏心旋转效应,建立有限空间中的小尺寸矢量阵的阵列流形及其校正方法,在理论上保证基阵误差与被测环境的独立性。然后根据仿真计算与水池实测结果分析瞬态段信号作为校正测量信号的有效性,验证校正模型的合理性与优势。最后通过小尺寸基阵多极子指向性的实现情况给出本文有限空间测量技术的可靠性。结果表明,本文所提技术可有效避免有界空间中的多途影响,实现小尺寸矢量阵的低频测量,为水下小尺寸矢量阵的后续应用提供可靠依据。     

基于等离子体的定向天线阵理论与实验研究

当前国内学者对等离子体天线的研究主要集中于柱状天线和反射面天线, 而在国外已有学者以等离子体阵列结构设计了功能多样的智能天线系统. 为了较系统地了解这一新的设计思路, 基于等离子体散射理论对中心单元激励的圆形定向天线阵进行了理论和实验研究. 设计了一个16元等离子体无源振子的圆形天线阵, 实现了天线电磁波单波束和多波束的定向辐射. 通过理论计算和分析, 阐述了天线电磁波单波束和多波束辐射的原理. 通过建立实验系统, 测试了圆形天线阵的定向辐射特性. 实验结果和理论值接近, 说明该等离子体圆形天线阵可以实现天线电磁波的定向辐射和多波束辐射. 另外, 该天线阵还具有快速切换辐射方向、参数快速重构、雷达隐身性良好的优点. 关键词： 等离子体 定向天线阵 单波束 多波束     

用金属小球进行长波量子阱红外探测器的光耦合

针对实验中9.5μm峰值响应波长的n型长波量子阱红外探测器设计运用二维金属小球(铜)阵列作光耦合结构.金属小球阵列均匀填充在绝缘的胶黏剂中，基于惠更斯原理研究二维金属小球阵列体系的光耦合和光吸收，结果表明对9.5μm响应波长的长波量子阱红外探测器，采用周期为3μm，半径为0.9μm左右的金属小球阵列可以获得最佳的光耦合.优化设计后的量子效率(66%)远高于45°磨角耦合的量子效率(38%)，为实验运用金属小球阵列进行长波量子阱红外探测器的光耦合提供了基本的理论依据和详细的优化设计方案.     

基于Fabry-Perot模型设计亚波长金属狭缝阵列光学异常透射折射率传感器

研究了在水溶液环境中亚波长金属狭缝阵列光学异常透射的折射率传感特性.采用严格的全矢量方法计算了狭缝阵列的透过率谱.建立了Fabry-Perot半解析模型,能够精确预言全矢量方法的计算结果.基于该模型给出的共振条件,提出并解释了当透射峰精确位于瑞利异常位置时,透射峰能达到最尖锐的状态,给出了设计狭缝阵列达到该状态的方法.设计得到的透过率谱峰值半高宽δλ可达0.01 nm,对应的溶液折射率测量不确定度δn_s达到2×10^-6RIU.系统地给出了阵列周期、狭缝宽度、入射角等参数对设计得到的传感灵敏度,δλ,δn_s,峰值透过率等的影响.     

场发射冷阴极微栅孔阵列制备技术

实现了一种采用聚苯乙烯纳米球自组装技术和微机械制造技术加工的场发射阴极用亚微米栅极微孔阵列。设计了一套完整的工艺实验方案,首先采用微球自组装技术获得了亚微米级金属网孔掩膜,然后通过反应离子刻蚀技术获得了亚微米栅极孔阵列,从而实现了集成度高、分布均匀的周期性亚微米孔洞阵列的制备,微孔集成度达到108cm-2。实验研究了氧气刻蚀聚苯乙烯微球的规律。采用金属掩膜,四氟化碳干法刻蚀二氧化硅,获得了深度为500 nm的微孔。实验结果证明该工艺方案是一种获得大面积、均匀分布、集成度高的场发射冷阴极栅孔阵列的有效方法。     

Fowler–Nordheim plot characteristics for ZnO virtual field emitter array

Linear and nonlinear Fowler–Nordheim (FN) plots from semiconductors emitters arrays were equally reported by researchers with occasionally inexplicit justification of either behaviour. Interpretation of experimental field emission data depends on explaining the FN plot behaviour from these arrays. The FN plot behaviour was investigated for virtual arrays of ZnO emitters with defined geometries based on fundamental electron tunnelling from semiconductors. The effects of emitters’ size distribution, saturation of conduction band (CB) current and contribution of valence band (VB) current on FN plot behaviour were investigated and discussed in detail. Comparison with some experimental results was introduced in support of the discussion. Results showed that saturation of CB current and contribution of VB electrons may not always be manifested as a well-observed deviation from linear characteristic of the FN plot. In addition, the dependence of the CB current on the emitters’ geometries was found to affect the FN plot behaviour. The present investigation is thought to be of great importance to field emission community and help for better interpretation of experimental field emission data.     

电介质球复合纳米天线对荧光定向发射的增强

在纳米光子学中,提高荧光物质的定向发光强度是许多应用要解决的关键问题。为了优化电介质纳米天线的荧光增强能力,本文提出了一种由硅纳米球二聚体与TiO 2微球组成的电介质球复合纳米天线。通过时域有限差分法,本文分别从量子产率增强、荧光收集效率增强以及荧光激发率增强3个方面研究了该复合纳米天线对荧光的增强效果。结果表明,这种复合纳米天线不仅可以解决单个TiO 2微球增强荧光时量子产率较低的问题,还可以弥补单个硅纳米球二聚体增强荧光时荧光收集效率较差的不足。该复合纳米天线可使CdSe量子点的量子产率增强约4倍、荧光收集效率增强约2倍。此外,由于硅纳米球二聚体与TiO 2微球对荧光激发过程具有增强效果,该复合天线最终可以产生较高的荧光定向增强倍数。在量子点发光的中心波长523 nm处,荧光定向增强约为3064倍。     

940nm波长高功率线阵二极管激光器封装研究

对940nm波长高功率线阵二极管激光器的封装结构进行了重新设计,并在此基础上开展了芯片的封装实验。封装出的线阵二极管激光器,在连续工作时输出激光功率达40W,在准连续工作时（占空比0.5%）,输出峰值功率可达100W。     

940nm波长高功率线阵二极管激光器封装研究

 对940nm波长高功率线阵二极管激光器的封装结构进行了重新设计，并在此基础上开展了芯片的封装实验。封装出的线阵二极管激光器，在连续工作时输出激光功率达40W，在准连续工作时（占空比0.5%），输出峰值功率可达100W。     

Analysis of Ti:LiNbO3 zero-gap directional coupler for wavelength division multiplexer/demultiplexer

For the purpose of multichannel integrated-optical wavelength division MUX/DEMUX design, the wavelength tuning method of Ti:LiNbO₃ zero-gap directional coupler is analysed by effective-index based matrix method (EIMM). In this method, first, the 2D refractive index profile of the Ti:LiNbO₃ zero-gap directional coupler is transformed into lateral 1D effective-index profile by WKB method. Finally, matrix method is applied to this effective-index profile and the propagation constants are computed from the resonance peaks of the excitation efficiency versus propagation constant characteristics. It has been shown that the channel wavelength tuning can be achieved by varying the Y-branching angle at the input and output of the device or by a slight variation of two-mode-section length. The method of electro-optic fine tuning of the channel wavelength and channel separation of the device has also been investigated. A cascaded structure with proper parameters for four-channel application is also simulated and the results are presented.     

场发射冷阴极微栅孔阵列制备技术

实现了一种采用聚苯乙烯纳米球自组装技术和微机械制造技术加工的场发射阴极用亚微米栅极微孔阵列。设计了一套完整的工艺实验方案,首先采用微球自组装技术获得了亚微米级金属网孔掩膜,然后通过反应离子刻蚀技术获得了亚微米栅极孔阵列,从而实现了集成度高、分布均匀的周期性亚微米孔洞阵列的制备,微孔集成度达到108cm-2。实验研究了氧气刻蚀聚苯乙烯微球的规律。采用金属掩膜,四氟化碳干法刻蚀二氧化硅,获得了深度为500 nm的微孔。实验结果证明该工艺方案是一种获得大面积、均匀分布、集成度高的场发射冷阴极栅孔阵列的有效方法。     

用正交线阵CCD实现高精度小圆孔自动测量

提出了一种使用线阵CCD自动测量小圆孔参数的方法。该方法充分利用了线阵CCD分辨率高的特点 ,适当的光学设计使两个线阵CCD正交 ,通过测量小圆孔的夫琅和费衍射条纹 ,实现了小圆孔半径的一维参数高精度自动测量和圆度误差的二维参数定性自动测量。该方法具有一定的实用价值及应用前景。