带有高折射率介质层的金属光栅偏振器特性的研究

研究了一种亚波长金属光栅偏振器在可见光波段的透射与消光特性。与传统亚波长光栅偏振器不同的是,通过在基底和光栅之间增加一层高折射率介质薄膜,提高了TM偏振光透射率和消光比。利用严格耦合波分析法(RCWA),模拟了高折射率介质层厚度、光栅占宽比对透射率和消光比的影响。计算结果表明,在整个可见光波段,合适的介质层厚度可使透射更加均匀并且当入射角在0～60°变化时,TM偏振光的透射率和消光比仍可分别达到79%和50 dB。这种带有高折射率介质层的亚波长金属光栅偏振器结构紧凑,性能优良,特别适合作为液晶平板显示中的偏振分光器件。     

基于严格耦合波理论的宽光谱金属介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了金属介质膜光栅的衍射机理模型,给出了TE模式金属介质膜光栅衍射效率的表达式.以-1级衍射效率和工作带宽为评价函数,对金属介质膜光栅的表面浮雕结构进行了优化设计.对于800 nm和1053 nm为中心的TE波,设计的金属介质膜光栅-1级衍射效率优于97%的工作带宽分别达到130 nm和150 nm,最后讨论了设计的宽光谱高衍射效率金属介质膜光栅的制备工艺容差.此研究对于提高脉宽压缩光栅的性能具有重要的意义. 关键词： 衍射效率 金属介质膜光栅 严格耦合波理论     

基于Comsol仿真的周期性微纳米光栅结构研究

为了直观描述光栅中电磁场复杂的空间分布,利用Comsol多物理场软件进行严格耦合波分析,对周期性微纳米光栅结构进行建模,生动清晰地呈现出光栅衍射的光强分布并计算其透反射率.通过改变光栅常数、入射波长参数得出相应衍射图样、强度分布及透射率,利用衍射率最佳的参数进一步分析金属银光栅对光栅衍射强度分布的影响,得到了基于表面等离子体激元(surface plasmon polartions, SPPs)增强的衍射效应;通过改变银栅高度得到波导光栅,光栅缝隙之间呈现出周期性场增强现象,并对其基于光波导耦合效应做出解释,为衍射光栅的优化设计和应用提供了理论指导.     

基于严格耦合波理论的多层介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了多层介质膜光栅的衍射机理模型,给出了TE波自准直条件下多层介质膜光栅衍射效率的表达式.以－1级衍射效率为评价函数,分析了表面浮雕结构分别为HfO₂和SiO₂材料的介质膜光栅获得衍射效率优于96%的结构参数.数值计算表明,顶层材料为HfO₂的介质膜光栅具有更宽的结构选择范围.最后分析了介质膜光栅的制备容差和允许的入射角度范围. 关键词： 衍射效率 多层介质膜光栅 严格耦合波理论     

基于金属——介质薄膜的反射型彩色滤光片

基于诱导反射原理设计了一种可见光波段金属-介质薄膜结构的反射型彩色滤光片.高吸收铬和高反射铝的应用使它既能获得高反射率又有很高的宽波段截止度,通过改变介质匹配层的厚度实现适当的导纳匹配,得到了反射率大于72％、较高色饱和度的红绿蓝三色滤光片.实验制作了样品,测试结果与设计相吻合.基于半色调技术,采用光刻和剥离工艺制备了...     

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.     

基于折射率调制的表面等离子体全息衍射效率分析

针对折射率调制的表面等离子体全息显示方案,采用严格耦合波计算方法,仿真了变折射率薄膜正弦光栅结构参数与衍射效率的关系.结果表明,银作为表面等离子体激发材料时,0.2μm为光栅最优厚度,在此基础上,一级次光衍射效率与折射率差值、周期呈正比增长关系.对折射率范围进行了拓展,确定了折射率调制范围在1.34～1.8、周期为0.9μm时,对应的衍射效率可达33%以上.研究结果对于优化设计表面等离子体全息显示结构具有参考意义.     

基于表面等离子激元的凸环结构金属-介质-金属滤波器设计

利用边界耦合的方法构造了金属-介质-金属结构滤波器,该结构由一个凸环谐振腔与一个波导管耦合而成.通过有限元法数值仿真得到了该凸环腔体波导结构的磁场分布图、透射谱线和谐振波长分布,分析了各结构参量对滤波器传输特性的影响.结果表明,所提出的凸环滤波器具有透射峰窄,谱线平滑等特点,且阻带透射率最低可达0.001,通带透射率最高可达0.977.增大结构参量h2和neff时,相应的透射谱会发生明显的红移,增大结构参量L1时,透射谱几乎无变化.对结构参量进行调整和优化,相应的谐振波长可分布在第一通信窗口(850nm)和第三通信窗口(1 550nm)附近,能够很好地运用于光通信中.     

基于十字连通形环形谐振腔金属-介质-金属波导的折射率传感器和滤波器

提出了由十字连通形环形谐振腔耦合两个金属-介质-金属(metal-insulator-metal, MIM)波导的结构,并用有限元法数值研究了表面等离极化激元在结构中的传输特性.通过对透射谱的研究,系统地分析了MIM结构的传感特性.结果表明,在透射光谱中有三个共振峰,即存在三种共振模式,其中透射峰与材料的折射率呈线性关系.通过对结构参数的优化,得到了折射率灵敏度(S)高达1500 nm/RIU的理论值,相应的传感分辨率为1.33×10~(-4)RIU.更重要的是,灵敏度不受结构参数变化的影响,这意味着传感器的灵敏度不受制造偏差的影响.此外,谐振波长与环形腔中心半径成线性关系,该器件在较大波长范围内实现可调谐带通滤波.透射强度随着波导与环形腔间距的增大而减小,透射带宽同时减小,因此,可以通过控制环形腔与波导的耦合距离来调谐透射强度及透射带宽.研究结果对高灵敏度纳米级折射率传感器和带通滤波器的设计以及在生物传感器方面的应用都具有一定的指导意义.     

多层介质膜光栅用高反射镜的严格耦合波分析

基于严格耦合波和增强透射矩阵的方法,提出了一种数值稳定的求解多层介质膜光学特性的机理模型.利用该模型计算了多层介质膜光栅用高反射镜的优化设计膜系.使用电子束热蒸发方式制备的多层介质膜光谱特性和理论设计的结果符合得很好,该严格耦合波模型是分析介质膜光学特性有效的稳定的数值求解方法.     

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     

用于彩色屏显的双层耦合光栅设计

在彩色波导全息平视器的设计中,易出现色彩不均和结构复杂的问题。将折射率、厚度各异的膜层,分别嵌入双层波导中,对一种新型的双层耦合光栅结构进行了优化设计。基于严格耦合波理论(RCWA)的计算表明,该双层光栅可实现主视场内较均匀的彩色成像,且结构精简。相较于传统的体全息元件,该结构批量制造的可靠性更高。双层光栅的设计分别以470nm和632nm为中心波长,实现衍射能量的相互补偿。优化结构参数后,当入射角在[-11°,11°]内变化时,主视场内RGB三波长的衍射效率(DE)可大于85%,各波长间最大的效率差异可小于5%。     

高损伤阈值矩形石英闪耀光栅的设计分析

采用模态法分析了矩形亚波长石英闪耀光栅的设计原理,给出了1.06 μm工作波长的矩形亚波长石英闪耀光栅的设计示例。研究表明,要设计性能优良的-1级透射闪耀光栅,应使0/1阶传输模的累积相位差为π的奇数倍。设计的透射闪耀光栅能够使TM偏振光和TE偏振光获得近100%的-1级衍射效率,且具有较大的加工容差,较宽的入射波长和入射角变化适应范围。     

高损伤阈值矩形石英闪耀光栅的设计分析

 采用模态法分析了矩形亚波长石英闪耀光栅的设计原理,给出了1.06 μm工作波长的矩形亚波长石英闪耀光栅的设计示例。研究表明,要设计性能优良的-1级透射闪耀光栅,应使0/1阶传输模的累积相位差为π的奇数倍。设计的透射闪耀光栅能够使TM偏振光和TE偏振光获得近100%的-1级衍射效率,且具有较大的加工容差,较宽的入射波长和入射角变化适应范围。     

Broadband Antireflection Subwavelength Gratings for Polymethyl Methacrylate Fabricated with Molding Technique

We fabricated a two-dimensional subwavelength grating (SWG) on a polymethyl methacrylate (PMMA) film using a molding technique. A method of fabricating SWGs with high accuracy using a replica technique in an atmospheric environment was proposed. The SWG consisted of tapered gratings with a 200 nm period and a 200 nm deep groove. The reflectivity at wavelengths from 400 nm to 800 nm was measured and compared with the results calculated on the basis of rigorous coupled-wave analysis. At these wavelengths, the reflectivity decreased to approximately half that of the PMMA film.     

斜光束对校正滤色器校正精度的影响

当用测色仪器按照国际照明委员会规定的条件测量物体颜色时 ,若样品与探测器之间的距离不够大 ,则斜光束会透过校正滤色器而被探测器接收 ,这时对应探测器某点校正滤色器的当量透射比可以用修正计算式求得。以“Y”校正滤色器为例 ,从计算结果和实验说明了斜光束对校正滤色器透射比的影响。     

彩色滤光膜硅覆液晶微显示器的三维光学建模

本文针对彩色滤光膜(color filter, CF)硅覆液晶(liquid crystal on silicon, LCoS)微显示器件(microdisplay)中的微型彩色像素建立了三维光学模型. 这个三维光学建模主要分为三个过程, 即彩色液晶器件的机电特性分析, 利用扩展琼斯矩阵(extended Jones matrix)计算器件的光反射率, 以及采用标准RGB(standard RGB, sRGB)协议将CF-LCoS微显示阵列中各像素点的光反射特性还原成彩色图像. 通过上述过程建立的三维光学模型用于CF-LCoS的光学特性研究并与实验数据进行比较. 比较结果显示, 模拟得到的CF-LCoS微显示器的光学特性与实验结果非常符合.     

取样光栅镀膜减反技术研究

根据惯性约束聚变系统技术要求,提出了镀膜减反方案,以解决现有光栅由于元件表面反射影响零级透过率的问题。使用严格耦合波理论分析了镀sol-gel减反膜的取样光栅特性,详细地分析了仿形膜和平面膜的减反情况和取样效率的变化。结果发现,镀平面膜是一种可行的技术方案,光栅表面反射几乎完全消除,表明可以通过取样光栅镀膜减反来达到提高透射率的目的;裸光栅的深度为12 nm时,平面减反膜厚为60 nm,即光学厚度为等效1/4波长：72 nm。此时的透射率为99.8%,取样效率为0.241‰。