高效垂直耦合的光栅耦合器设计

利用反射式光栅和分布布喇格反射镜的反射特性,分别从光栅耦合器的侧面和底部对光进行高反射,通过合理选取反射光栅和耦合光栅的间距使两组光栅的反射光实现相消干涉来减弱耦合光栅在实现垂直耦合时存在的负二阶反射,从而设计出高效率垂直耦合的光栅耦合器.采用本征模展开方法,模拟计算了垂直耦合光栅耦合器的耦合效率随不同结构参量而变化的相关特性,在绝缘体硅平面波导和单模光纤之间对波长1550 nm的光获得了最高89％的耦合效率.所得结果对实际垂直耦合光栅耦合器的制备具有一定参考价值.     

基于等效折射率人工剪裁的宽带高效光栅耦合器

利用不同占空比的亚波长结构剪裁光栅槽的等效折射率来改变光栅的衍射特性实现衍射输出光束与单模光纤之间的模式匹配,通过优化埋氧化层厚度和集成底部金反射镜,可以改善光栅耦合器弱的方向性,从而设计出用于SOI波导与光纤之间高效率耦合的光栅耦合器。采用本征模展开方法,模拟了光栅耦合器随剪裁的光栅槽等效折射率变化的相关特性,在SOI波导和单模光纤之间对波长为1550nm的光获得了最高93.1%的耦合效率,3dB带宽为82nm。     

THzQWP二维光栅耦合效率的理论分析研究

将二维金属光栅结构引入到探测器结构中,以提高太赫兹(THz)量子阱光电探测器的探测率。采用三维时域有限差分算法,建立了THz量子阱光电探测器的二维金属光栅仿真模型,详细分析了二维金属光栅参数对太赫兹量子阱光电探测器的电场强度的影响。仿真分析结果表明:当入射光频率为6.27 THz(相对应波长为47.847 m)、光栅周期P=10.5 m、占空比=0.55（金属块宽度w= 5.755 m）、光栅层厚度h=0.4 m时,器件中的Z方向上的电场值最大,光栅的耦合效率最高。     

InP阵列波导光栅的误差分析

在InP阵列波导光栅的制作过程中会引入不同的误差,从而影响器件的性能.为了最大限度地控制误差,提高半导体器件性能,本文采用传输函数法对InP基阵列波导光栅的系统误差和随机误差分别进行了分析.从系统误差的模拟结果中可以得到如下结论:深脊型波导的有效折射率n_c平均每偏移+0.000 1,中心波长偏移+0.05nm.相邻阵列波导长度差ΔL每偏移+0.01 μm,中心波长将偏移+0.44 nm.n_c和ΔL仅仅会影响到传输谱中心通道及其他各通道对应的波长,使得传输谱发生整体漂移,而信道间隔及串扰不会改变.罗兰圆半径R偏移不会影响器件的中心通道对应的波长,但会使其它通道对应的波长发生变化,最终使得信道间隔改变,R增加50 μm,信道间隔减小0.03 nm.从随机误差模拟结果中,得出:波导芯区折射率、上包层折射率、衬底折射率、波导宽度和波导芯层厚度的随机波动会对阵列波导光栅的串扰产生较大的影响.根据以上分析,可以通过控制不同参量来调节器件的中心波长以及信道间隔等来优化阵列波导光栅的光学性能.     

硅基光栅耦合器的研究进展

硅基光子集成芯片的研究近年来发展迅速, 已成为信息技术领域中最热门的研究方向之一, 光通信、光互连、光传感等相关研发应用机构高度关注其发展, 并积极介入. 硅基光子集成芯片中, 光栅耦合器作为光信号的输入和输出装置受到极大重视, 尤其在封装和测试等环节体现出极具价值的技术优势. 本文主要分析了光栅耦合器的工作原理、基本特性及国内外的发展现状和趋势, 同时也概括了本课题组近期在该方向上的研究成果. 关键词： 光栅耦合器 耦合效率 绝缘体上硅 光子集成     

基于电感耦合等离子体的InP基半导体材料干法刻蚀的研究

研究了基于电感耦合等离子体(ICP)刻蚀系统的InP基半导体材料的干法刻蚀.采用Cl2/Ar/H:混合刻蚀气体,分别研究了氯气体积分数和ICP功率与刻蚀速率之间的关系,及镍、二氧化硅和二者结合型掩膜版的适用范围.获得有效的刻蚀速率为450～1 200 nm/min,InP对金属镍的选择性刻蚀比值为175～190.掩膜版...     

新型结构波导光栅耦合器的耦合特性分析和数值模拟

针对一种新型结构的波导光栅耦合器,通过求解波在直角坐标系下电场分量的亥姆霍兹方程获得了TE导模和TE辐射模的电场。运用模耦合理论分析了光束通过光栅被耦合到波导当中的情况。数值模拟了在不同的波导和光栅结构参数下耦合系数的变化情况。     

运用严格耦合波理论计算平面电介质光栅的衍射效率

本文阐述了严格耦合波理论的基本思想。针对横电波的情况，详细分析了运用严格耦合波理论实现光栅衍射效率计算的方法，并且进一步给出了编制计算衍射效率程序的步骤。通过一个具体计算实例表明：各衍射级分布的光能量之和等于入射光的能量，满足能量守恒定律，从而证实了计算结果的正确性。     

SOI基纳米光栅耦合器的结构改进与仿真验证

针对硅基光波导与单模光纤在光耦合过程中存在耦合效率低,对准难度大的问题,提出了一种新型基于绝缘体上硅（SOI）结构的纳米光栅耦合器。运用有限时域差分法探究了纳米光栅耦合器的结构特性,结合光纤准直器的准直原理,系统分析了纳米光栅耦合器的结构模型。研究了入射光波长、入射角度、光栅占空比等因素对光栅耦合效率的影响,得出了基本纳米光栅耦合器的最佳结构参数;在基本耦合光栅结构的基础上进行了改进,增加了后反射器、增透膜和底层介质膜,并运用Optiwave OptiFDTD 8.0软件优化了各部分结构的设计参数,得到了优化的耦合光栅结构。纳米光栅耦合器的耦合效率提高至59.37%,3 dB带宽达到65 nm。     

SOI基纳米光栅耦合器的结构改进与仿真验证

针对硅基光波导与单模光纤在光耦合过程中存在耦合效率低,对准难度大的问题,提出了一种新型基于绝缘体上硅(SOI)结构的纳米光栅耦合器。运用有限时域差分法探究了纳米光栅耦合器的结构特性,结合光纤准直器的准直原理,系统分析了纳米光栅耦合器的结构模型。研究了入射光波长、入射角度、光栅占空比等因素对光栅耦合效率的影响,得出了基本纳米光栅耦合器的最佳结构参数;在基本耦合光栅结构的基础上进行了改进,增加了后反射器、增透膜和底层介质膜,并运用Optiwave OptiFDTD 8.0软件优化了各部分结构的设计参数,得到了优化的耦合光栅结构。纳米光栅耦合器的耦合效率提高至59.37%,3dB带宽达到65nm。     

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%。     

闪耀光栅的二元近似结构

摘要利用闪耀光栅的特点可制作高效的波导耦合器。采用时域有限差分法(FDTD)方法，模拟计算了二元闪耀光栅的一阶衍射效率和衍射角随光栅不同结构参数而变化的相关特征，所得结果对实际二元闪耀光栅的制备有重要参考价值。     

氮化硅片上光栅耦合器的优化和实验

在785 nm激励的拉曼片上传感器结构中,氮化硅片上光栅耦合器的性能直接关系到激励光的耦合效果。首先建立了光栅耦合器的二维、三维结构模型,采用时域有限差分（FDTD）仿真软件对光栅耦合器进行数值分析。以耦合效率为主要性能指标,分析了光源入射角度、光栅常数、光栅高度、填充因子和光栅刻蚀深度各参数的影响。采用电子束光刻法制备了光栅耦合器。最后,对三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器进行了测试。结果表明,二维波导光栅耦合器的性能最好,其耦合效率可达39.64%,三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器在实际测试中的耦合效率能达19.91%。光栅耦合器能有效将光耦合进波导中,在波导传感中具有潜在的应用。     

长周期光纤光栅耦合模理论分析

长周期光纤光栅作为透射型光无源器件,以其在通信和传感领域具有广阔应用前景而引起人们的关注。要得到满足性能要求的光纤光栅,对其透射谱的分析是基础。通过耦合模方程确定了基模和一阶各次包层模之间的耦合常数。在设定的光纤光栅参数条件下,通过Matlab进行模拟得到了最终需要的长周期光纤光栅透射谱,并由此得出：长周期光纤光栅谐振波长出现的位置主要由光栅的周期决定,损耗大小可以通过调节光栅长度和折射率来实现。     

位相光栅偏振特性的耦合波分析

基于麦克斯韦方程组和电磁场的边界连续条件，本文导出了位相光栅的严格的矢量耦合波衍射方程，指出了各级次衍射波之间存厢互耦合作用，并分析了光栅的偏振效应，得到光栅在不同偏振方式下的衍射特性，实验测试结果验证了理论分析和正确性。     

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     

双重光纤布拉格光栅的耦合理论分析

双重光纤布拉格光栅无论是在通信领域还是在传感领域都有着重要的应用价值。在分析双重光纤光栅折射率扰动特征的基础上,得出了它的耦合方程,并采用数值计算方法,对它的光谱特性及影响光谱特性的因素进行了系统的分析,重点讨论了两个光栅的关联特性,所用的分析方法和得到的结果对双重光纤光栅的制作和应用具有参考价值。