阶梯型纳米孔径的近场光学局域增强特性研究

提出一种高分辨力与高通光效率兼备的阶梯型纳米孔径设计方法 ,孔径的尺寸从膜层的入射表面向出射表面呈阶梯型逐渐减小 ,直到在膜层的出射表面形成一个亚波长的小孔。采用三维时域有限差分 (FDTD)方法对方形阶梯型纳米孔径及三角形阶梯型纳米孔径进行了数值模拟计算。结果表明 ,由于近场光学很强的局域场增强效应 ,其通光效率与输出光强极大值在具有相同近场光斑尺寸情况下 ,较普通的非阶梯型纳米孔径提高了两个数量级 ,甚至更高 ,有效地提高了输出光功率。采用四台阶三角形阶梯型纳米孔径 ,当光斑半峰全宽为 97nm× 74nm时 ,出射光强极大值达到 10 4 9.76 ,较入射光增强了 10 0 0倍 ,而通光效率大于 1,达到 1.6 7。这种阶梯型纳米孔径可以直接作为纳米孔径激光器的出射孔径提高其输出光功率 ,也可以作为独立的光学屏对入射光进行整形得到具有高输出功率的亚波长尺度光源 ,在纳米尺度光学成像、光谱探测、数据存储、光刻、光学操作等近场光学应用领域具有潜在的应用前景。     

基于纳米孔径激光器的近场光存储的最新发展

近几年发展起来的近场光学原理和方法为实现超高密度光学数据存储开辟了新的技术途径。基于近扬光学方法的最小信息记录单元尺寸突破了经典光学分辨率的衍射极限 ,理论存储密度高达 1 0 0 0Gb/平方英寸 ,受到了研究人员和工业界的广泛关注。着重介绍了用于近场光学存储的纳米孔径激光器的原理、结构、优点 ,对它的实现方法和发展状况作了详细的阐述 ,并对其在近场光存储领域未来的发展趋势进行了展望     

微小孔径激光器的工艺及器件功率和寿命特性分析

在650nm波长半导体激光器的基础上制造出了高输出功率的微小孔径激光器.驱动电流为25mA时， 输出功率达到0.4mW，最大功率可达１mW以上.叙述了微小孔径激光器的特殊的制造工艺，并分析了器件可能的失效机理. 关键词： 近场光学 微小孔径激光器 半导体激光器 失效分析     

极小孔半导体激光器近场区光场分布研究

利用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了极小孔半导体激光器输出光端面附近的光场分布,指出小孔激光器近场区域光场分布的特点,讨论了小孔大小和金属厚度对光场分布和光源分辨率的影响,得到设计和制备极小孔半导体激光器的优化方法.     

带纳米金属棒PSTM孔径光纤探针成像的数值模拟

用三维时域有限差分方法对带纳米金属棒孔径光纤探针成像进行了数值模拟。采用等高扫描从分辨率和灵敏度的角度分别讨论了纳米金属棒长度、扫描高度、孔径大小及镀膜厚度对成像的影响。数值模拟结果显示,带纳米金属棒镀膜孔径探针的性能主要受纳米棒的尺寸决定,较普通孔径探针在分辨率和灵敏度方面都有明显改进,并且稳定性更高。     

微小孔径激光器的研制与近场测试

介绍了一种用于高密度近场存储领域的新型微小孔径激光器(VSAL)。为了解决由腔面金属膜造成的激光器PN结短路的问题,在激光器中引入了窗口隔离区,不仅降低了器件制备的难度,而且也提高了器件的性能和成品率。采用聚焦离子束刻蚀技术成功地制备了输出功率为0 3mW的激光器,利用矩阵方法通过远场测量值估算了激光器的近场分布。     

具有定向出射的回音壁模式聚合物卵形微腔

基于聚合物材料的回音壁模式卵形微腔,打破了传统微腔的圆对称性,利用微腔边缘波长级的缺口,实现了远场发散角极小的定向出射.通过三维时域有限差分法仿真分析了卵形微腔的回音壁模式及定向输出特性,重点讨论了不同的变形参数对于远场特性的影响.选用最优的变形参数,得到了波长在536 nm附近的回音壁模式的近场、远场的光场分布特性,...     

用数值方法分析微孔激光器出射光的近场特性

微孔激光器作为应用于近场光信息存储系统中的一种新型光源，它的出射光斑的近场特性对于近场光存储是十分重要的。针对纳米孔径运用角谱进行Fox-Li数值迭代，得到不同孔径微孔激光器的基模光强分布，然后运用二维非线性时域有限差分法分析微孔激光器出射端即微孔金属膜的近场光学性质，模拟计算了不同孔径和厚度的微孔金属膜的光强近场分布，从应用于近场光存储的角度，给出反映其近场光学特性的相关数据。发现由于TM模式下金属存在局域表面等离子增强效应，使得其出射强度比TE模式高一个数量级，从而更适于作为实际中近场光存储系统和原理试验的光学头。     

808nm大孔径垂直腔面发射激光器研究

垂直腔面发射激光器(VCSEL)中的载流子聚集效应使注入到有源区的工作电流只是通过边缘环形区域很窄的通道,激光功率密度分布不均匀;尤其当器件尺寸较大时,激射光斑呈现环状,环中间光强很弱.这是研制电抽运高功率大尺寸VCSEL尤为突出的技术难题.采用新型结构成功研制出808 nm波段高功率大孔径VCSEL,在注入电流为1A时,室温下连续输出功率达0.3 W. 关键词： 半导体激光器 垂直腔面发射激光器 高功率 大孔径     

表面等离子体调制的纳米孔径垂直腔面发射激光器

在普通850nm垂直腔面发射激光器基础上制备了表面等离子体调制的纳米孔径垂直腔面发射激光器.当小孔直径为200nm，周围光栅的周期为400nm时，在15mA驱动电流下最大输出光功率达到了0.3mW.介绍了该器件的制备工艺，并从实验和理论两方面分析了周期性光栅结构对光束的约束作用.     

10 nm Spatial Resolution Fluorescence Imaging of Single Molecules by Near-Field Scanning Optical Microscopy Using a Tiny Aperture Probe

We demonstrate high-resolution fluorescence imaging of single molecules using near-field scanning optical microscopy (NSOM) with a tiny aperture probe for two different wavelengths in visible range in the illumination mode of operation. The spatial resolutions obtained at both excitation wavelengths were almost the same and the highest resolution realized was about 10 nm. To discuss the achievable resolution in aperture NSOM, we also employed a computer simulation by the finite-difference time-domain method for various aperture sizes and wavelengths. The resolution of 10 nm is predicted to be contributed by the single peak of localized near-field light around the rim of the aperture.     

基于Z变换的高阶完全匹配层实现

基于拉伸坐标完全匹配层(SC-PML)公式和Z变换方法,提出以非分裂场形式来实现具有多极点的高阶完全匹配层的高效算法,来截断时域有限差分(FDTD)网格.在吸收性能方面,高阶PML同时具有传统PML和复频率偏移完全匹配层(CFS-PML)二者的优点.提供的数值算例是二维TE极化电磁波与无限长且有限宽度的理想电导体(PEC)薄片的相互作用.仿真结果显示,高阶PML公式在衰减低频行波和隐失波及减少后期反射方面效果好,比传统SC-PML和复频率偏移的卷积完全匹配层(CPML)算法有更好的吸收性能.     

基于三角晶格光子晶体多模波导1×2分束器的优化设计

依据自映像原理,设计了一种基于三角晶格光子晶体多模波导的1×2分束器.采用时域有限差分法模拟了光波在分束器中的传播行为,并计算了分束器的传输效率.结果表明,仅仅通过改变多模波导与输出波导联结处的介质柱的位置对结构进行优化,便可大大提高分束器在工作点频率处的传输效率和带宽,其多模耦合区的长度可低至3.1 μm.因而本文所设计的分束器具有更小的器件尺寸和更高的传输效率,易于大规模集成的实现,在未来的集成光路中具有广泛的应用价值.     

A virtual optical probe based on evanescent wave interference

A virtual probe is a novel immaterial tip based on the near-field evanescent wave interference and small aperture diffraction, which can be used in near-field high-density optical data storage, nano-lithography, near-field optical imaging and spectral detection, near-field optical manipulation of nano-scale specimen, etc. In this paper, the formation mechanism of the virtual probe is analysed, the evanescent wave interference discussed theoretically, and the sidelobe suppression by small aperture is simulated by the three-dimensional finite-difference time-domain method. The simulation results of the optical distribution of the near-field virtual probe reveal that the transmission efficiency of the virtual probe is 10²－10⁴ times higher than that of the nano-aperture metal-coated fibre probe widely used in near-field optical systems. The full width at half maximum of the peak, in other words, the size of virtual probe, is constant whatever the distance in a certain range so that the critical nano-separation control in the near-field system can be relaxed. We give an example of the application of the virtual probe in ultrahigh-density optical data storage.     

金孔阵列电介质与金电介质孔阵列的强透射特性

采用时域有限差分（FDTD）法研究了金膜厚度、电介质折射率及其厚度对金孔阵列电介质与金电介质孔阵列两种结构强透射特性的影响。研究发现这两种结构都具有较好的强透射特性,这表明光与金膜表面自由电子的电荷密度波耦合成表面等离子激元（SPP）,对增强透射起到了关键作用。金膜厚度是影响强透射特性的主要因素,其衰减长度为35 nm;而与金膜相邻的电介质膜厚度对强透射特性影响极小。电介质折射率大小对强透射特性影响明显,折射率为1.8时能够获得较好的强透射特性。     

一维光子晶体缺陷模激光器的放大特性

光子晶体中引入缺陷后将形成缺陷模,这些缺陷模在增益介质中将被放大形成激光。基于麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型,用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了一维单缺陷光子晶体激光器中缺陷模的空间分布和频谱特性,以及这些缺陷模的放大特性,主要研究了缺陷层的厚度、晶体层数对缺陷模放大特性的影响。模拟结果显示,类似于传统激光腔的腔模,这些缺陷模能够被放大,形成激光。调整缺陷层的厚度、晶体层数等结构参量,将改变缺陷模的谐振,激射频率以及空间分布,这将直接影响激射阈值和饱和特性。增加晶体的层数,激光器的阈值将降低,饱和值将增加,但晶体层数增加到一定限度时,这种增减趋势变弱。模拟结果证明了有效层数的存在。     

SAR EVALUATION IN THE 0.25 MM HUMAN EYE MODEL EXPOSED TO 30 GHz MILLIMETER WAVE

We have evaluated the specific absorption rate (SAR) in the eye induced by the perpendicular incidence of 30 GHz uniform plane millimeter wave (MMW). An anatomically based 0.25 mm voxel model of the eye with 10 types of tissue is constructed. Debye’s dispersion equation is used to derive the dielectric properties of the eye tissues and biological materials in the neighboring region. The three-dimensional (3-D) finite-difference time-domain (FDTD) algorithm and the perfectly matched layer (PML) absorbing boundary conditions are used in the numerical simulation. The FDTD code is validated against the Mie theory. The SAR deposition in the eye is calculated and displayed, with the analysis on the SAR distribution characteristics. The average SAR values in the cornea, the lens cortex, the lens nucleus, the humor, and the whole eye are statistically derived and examined against present irradiation safety standard.     

拉锥光纤中光传输模场的矢量分析

采用二维矢量时域有限差分法(FDTD),考虑了拉锥光纤芯层的折射率分布和光纤芯层直径等参数,详细分析了拉锥光纤的锥度、拉锥后纳米光纤半径等对拉锥光纤中光波模场分布和传输特性的影响。计算结果表明,单模光纤芯层的折射率分布函数对光纤中光传输模场分布影响较小;拉锥光纤锥度越大光波的能量损耗越大;当拉锥后纳米光纤半径逐渐变小时,纳米光纤的光传输模场中心光强先逐渐增强然后又逐渐减小。