亚波长光栅的偏振闪耀特性

 使用琼斯矩阵的方法推导了连续结构亚波长光栅的衍射方程,给出了光栅衍射效率表达式,对偏振特性与衍射特性进行了研究。发现连续结构亚波长光栅仅存在３个衍射级,总衍射效率为100%,且衍射效率可在衍射级间任意分配,0级的偏振态与入射光的偏振态相同,±1级衍射光偏振态与入射光无关,－1级为左旋圆偏振光,＋1级为右旋圆偏振光。通过设置入射光偏振态与光栅相位延迟等参数,可使光栅具有闪耀特性,据此可用于设计高效偏振光分束器和偏振光开关。     

亚波长金属偏振分束光栅设计分析

结合有效介质理论和薄膜光学的抗反射设计方法,设计了基于0.65μm工作波长的亚波长金属偏振分束光栅,给出了光栅的优化设计参数,采用严格耦合波理论分析了光栅的偏振分束特性.结果表明,亚波长金属光栅对TE偏振表现为金属膜特性,具有高反射,对TM偏振表现为介质膜特性,具有高透射,在-30°<θ<30°的大入射角范围和0.47μm<λ<0.80μm的宽入射波谱内,该光栅的透射光和反射光均具有高偏振消光比和低插入损耗的特点. 关键词： 亚波长金属偏振分束光栅 有效介质理论 薄膜光学 严格耦合波理论     

亚波长介质光栅的闪耀特性分析

采用严格耦合波理论与矩阵LU分解法,求解了亚波长矩形介质光栅的衍射场,给出了TE和TM偏振波的耦合波方程组及其矩阵形式.通过数值计算分析了TE和TM偏振波的入射角、刻槽深度、入射波长等参量对＋1级衍射波衍射效率的影响.结果表明,当Λ=0.5λ0,θ=55°,d=0.38λ0,λ=10.6 μm时可以实现对TE偏振波＋1级的闪耀,衍射效率达到近90%,同时具有较宽广的角度适应范围.     

亚波长介质偏振分束光栅的衍射特性

 采用严格耦合波理论并结合矩阵LU分解法,分析了亚波长介质光栅的刻槽深度、占空比、入射角、入射波长等参数对TE偏振和TM偏振0级衍射效率的影响。结果表明:在1 550 nm波长处,出现瑞利反常现象。由此提出利用瑞利反常现象设计工作波长为1 550 nm的偏振分束光栅,通过优化设计确定了最佳设计参数,即光栅周期为l0/2,瑞利入射角为30°,刻槽深为0.9l0,占空比为0.5。结果表明,参数优化后的偏振分束光栅可以使TE偏振0级反射波和TM偏振0级透射波同时达到近100%的衍射效率。     

面形误差对亚波长金属光栅偏振器性能的影响

基于严格耦合波理论分析了光栅面形误差对亚波长金属光栅偏振器偏振性能的影响.通过对数值结果的分析发现,光栅圆角误差、光栅侧壁倾斜误差和光栅表面粗糙误差对光栅的TM透射效率影响不大,但它们使得光栅的消光比明显降低.因此,面形误差使得光栅的偏振性能明显降低.理论分析表明,顶角为直角、侧壁垂直和表面光滑的理想矩形光栅结构的偏振性能最好.     

基于亚波长偏振光栅的偏振光分束器设计

利用琼斯矩阵和矢量傅里叶系数方法分析了二元亚波长偏振光栅的偏振特性和衍射效率,并给出了相应的数学解析式.研究发现,通过入射光的偏振可以控制不同衍射输出级的偏振态,且0级输入偏振态与输出偏振态始终相同,而其它级次除线偏光外都与入射偏振态相反.当二元亚波长偏振光栅的位相延迟分别设置为0.62π和π时,可以将二元亚波长偏振光栅设计为1→3或1→2的偏振光分束器,且分束器具有衍射效率高、宽带宽、对入射角的变化不甚敏感的特点.     

一种亚波长偏振分波/合波器的研制

针对传统偏振分束器窄波段、窄角度范围的不足,研制了一种在宽波段宽角度范围内具有180°分光功能的偏振分束器/耦合器。该器件基于线栅偏振器和亚波长光栅结构原理设计,利用半导体工艺的刻蚀技术制作。利用一维金属线栅对入射电磁波的偏振响应和亚波长光栅仅存在零级衍射的特性,实现了较宽的通带宽度与可接受角度范围、极大的分光角度、高消光比和低插入损耗。实验测得透射、反射消光比均大于20 dB,插入损耗小于0.5dB。通过自行搭建的微结构测试平台,测量了p、s光的透射率、反射率随入射角度变化的曲线,和严格耦合波理论模拟结果符合。深入分析了制作中的过刻蚀对性能产生的影响。     

基于亚波长光栅的VCSEL偏振控制研究

为了确定亚波长光栅在微电机械系统(MEMS)波长可调谐VCSEL不同位置(上DBR上表面、上DBR下表面以及内腔)中实现TE和TM偏振控制的光栅参数范围以及光栅在哪个位置时实现偏振控制最稳定,通过MATLAB建立MEMS波长可调VCSEL的模型,然后计算光栅在3种位置时上反射镜(包括空气隙和光栅)随光栅参数变化的反射率,以此来确定它们实现TE/TM稳定偏振的光栅参数范围(即高反射范围内的参数)。将各自的高反射所对应反射率减去相同光栅参数范围内TM/TE低反射对应的反射率,通过反射率差值确定光栅在哪种位置时MEMS波长可调谐VCSEL实现偏振是最稳定的。最后得出的结论是光栅在上DBR下表面几乎无法控制TM偏振,而将光栅放置于内腔中,无论是在TE偏振控制上还是TM偏振上都是最稳定的。在实现TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少10 cm~(-1);而在实现TM偏振稳定时,在TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少5 cm~(-1)。     

近红外亚波长硅光栅偏振器的设计

利用泄漏模共振效应以及等效介质理论设计出工作在近红外波段的一维亚波长硅光栅偏振器。采用散射矩阵方法和时域有限差分方法对结构进行设计和优化,模拟结果显示在正入射条件下,该偏振器在1284-1575nm波长范围内的消光比大于100（20dB）,而TM模的透射率高于98％。同时对该偏振器的角度特性以及制备容差进行了讨论,计算结果表明该偏振器具有较大的角度与制备容差。     

基于耦合波理论设计偏振分束光栅

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质。针对通信中常用的1.55μm光波,采用严格耦合波理论分析了亚波长光栅的偏振分光特性,设计了对应的偏振分束光栅。所设计的光栅在入射角为56°时,透射消光比和反射消光比都大于9000,且在1.27μm~1.67μm全光波段内,入射角在51°~57°之间时,透射消光比和反射消光比都大于100,达到了宽带宽、宽角度以及透射消光比和反射消光比都较高的要求。     

偏振敏感材料中具有圆各向异性的偏振全息光栅

在向列相液晶中掺杂质量分数约0.2%的偶氮侧链型聚合物制成偏振敏感材料,使用正交圆偏振光记录了具有圆各向异性的一维偏振全息光栅,用线偏振光探测偏振全息光栅,得到正,负一级衍射光也为线偏振光,且偏振态与探测光和零级偏振态相互正交,可以运用琼斯矩阵理论加以解释.偏振全息光栅可由外加电场控制衍射级的变化,即在外加电场作用下,正、负一级衍射产生了90°的相位差.在频率6.05 Hz、电压2.2 V的外场作用下,衍射级的极值振荡变化.     

偶氮苯聚合物全息光栅衍射效率和偏振特性研究

研究了不同偏振全息模式下基于交联偶氮苯聚合物薄膜的相位光栅的形成机理、衍射效率和偏振特性.利用琼斯矢量表征了正交线偏振(SP)和半行线偏振(SS)干涉模式下的偏振干涉场.基于SP和SS两种模式,制作了无明显表成起伏的纯折射率光栅和有表面起伏的浮雕光栅.偏光显微镜(POM)观测说明纯折射率光栅具有周期性的折射率分布;近场光学显微镜(SNOM)探测说明纯折射率光栅和浮雕光栅的表而起伏在5 nm以下和 85.23 nm.实验表明.当探测光为水平偏振时,纯折射率光栅的衍射效率达到22.2%.浮雕光栅只能达到1.65%.纯折射率光栅的0、 1级衍射光分别为水平和竖直线偏振光,偏振度达到0.9969和0.9963;浮雕光栅的0, 1级衍射光均为水平线偏振光.     

长周期保偏光纤光栅的偏振特性研究

用高频CO2激光脉冲写入法在熊猫保偏光纤上写入长周期光纤光栅,并对其偏振特性进行了全面的试验研究.试验结果表明,在输入椭圆偏振光偏振角度0到2π的变化范围内,高频CO2激光脉冲写入法在熊猫保偏光纤上写入的长周期光纤光栅谐振峰幅值会随着入射椭圆偏振光偏振角度的改变发生以π为周期的周期性变化,并且相邻两谐振峰幅值变化趋势相反,相位差为π.在相同偏振角度下将两谐振峰幅值相减,其差值呈近似于锯齿波的周期性变化,周期也为π.在没有发生模式干扰的情况下,谐振峰波长几乎没有发生漂移.基于模式耦合理论,文中还对所观察到的试验现象进行了定性的理论解释.     

反射式光学电压互感器光路建模及偏振误差分析

光路系统的偏振误差极大地制约着准互易反射式光学电压互感器的准确度.借助琼斯矩阵,建立了分立光学器件及光纤熔接点的传输模型,推导出完整的电压互感器光路系统的数学模型.以此模型为基础,对电压互感器中的偏振误差进行了仿真分析.结果表明：光源偏振度、起偏器消光比及起偏器与相位调制器的对轴角度主要影响系统的检测灵敏度|法拉第准直旋光器的旋光角度、法拉第准直旋光器与BGO晶体的对轴角度误差是主要的偏振误差源,影响系统的测量准确度及稳定性|根据电子式电压互感器IEC60044-7 0.2S级标准,法拉第旋光角度误差应该小于1.6°,旋光器与BGO晶体对轴角度误差小于1.85°.该研究对准互易反射式光学电压互感器光路设计和误差抑制具有一定的参考价值和指导意义.     

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。     

反射式光学电压互感器光路建模及偏振误差分析

光路系统的偏振误差极大地制约着准互易反射式光学电压互感器的准确度.借助琼斯矩阵,建立了分立光学器件及光纤熔接点的传输模型,推导出完整的电压互感器光路系统的数学模型.以此模型为基础,对电压互感器中的偏振误差进行了仿真分析.结果表明:光源偏振度、起偏器消光比及起偏器与相位调制器的对轴角度主要影响系统的检测灵敏度;法拉第准直...     

偏振模色散模拟器一阶及二阶偏振模色散统计特性的分析

从光纤的琼斯矩阵模型出发,利用蒙特-卡洛方法对偏振模色散模拟器的统计特性进行了研究.研究结果表明:随着组成模拟器的保偏光纤的段数增加,一阶和二阶偏振模色散的统计分布越接近于理论拟合曲线.比较了两种不同模拟器的组成方法,得到的结果将对模拟器的设计具有实际的指导作用.