导模共振光栅参量对共振波长和线宽的影响研究

为了能够设计出具有反射功能的导模共振光栅，采用光栅的等效介质理论、平面波导理论以及严格耦合波法，进行了理论分析和实验验证，设计了在TE偏振下波长850nm处具有反射共振的导模共振光栅。利用严格耦合波法，计算并分析了光栅参量、入射角以及波导层厚度对共振波长和线宽的影响。结果表明，随着占空比的增大，共振波长会红移，而共振线宽会随着占空比的增大先增后减，占空比为0.5时线宽能达到最宽；共振波长会随着光栅周期和波导层厚度的增大而增大，但线宽几乎不变，当周期从490nm增加到520nm时，共振波长红移了将近50nm，而当波导层厚度从217nm增加到251nm时，共振波长红移了将近25nm；光栅厚度变化对共振波长和共振线宽影响很微弱，当入射角是垂直入射时仅有一个共振峰，但是当入射角不为0°时会出现两个共振峰，并且两个共振波长随着入射角度的变大一个会蓝移而另一个则红移。该研究为实际制备反射导模共振光栅提供了理论指导。     

金属膜衬底上亚波长介质光栅结构的特性及传感应用

提出亚波长介质光栅-金属膜-石英玻璃衬底结构,根据等效介质理论该结构可等效为由金属-光栅-包覆层构成的单面金属包覆波导,在入射波长和入射角满足一定条件时,发生导模共振(GMR)从而产生光波全吸收现象。根据严格耦合波分析(RCWA)理论进行数值分析发现,等效波导中的TM1 GMR峰尖锐,并且对光栅包覆层的折射率变化非常敏感,角度灵敏度为127.87°/RIU(RIU为折射率单位),波长灵敏度为409.35 nm/RIU,在很大的折射率范围内线性度良好。与全介质GMR传感器和光栅型表面等离子体共振(SPR)传感器相比,该结构通过GMR实现较高灵敏度的同时,其较窄的共振峰使得检测精度更高。     

一种基于Fano共振的全介质超表面折射率传感器

提出了一种以“双C”形硅纳米天线为基本单元的全介质超表面折射率传感器。介绍了法诺(Fano)共振的原理,通过建立法诺共振解析模型,解释了该传感器反射率谱曲线不对称线型形成的物理机制。用电磁仿真软件对介质超表面进行了数值仿真,仿真结果显示该超表面用作折射率传感器时具有较高的灵敏度、Q因子与FOM值,分别达到228nm/RIU、1162与243。     

基于Fano共振超表面的多功能传感器设计

基于Fano共振超表面所具有的高品质因数Q以及电场局域特性设计了一种全介质超表面结构,探究了超表面结构参数与品质因数Q、调制深度之间的关系。通过改变结构实现了单重Fano共振至双重Fano共振的有效调控。对比同等参数下矩形柱与椭圆柱超表面结构的灵敏度,选择矩形柱结构并确定其最优参数。矩形柱超表面结构的品质因数Q最大可达3408,双重Fano共振峰的调制深度接近99%。通过仿真计算可知该结构对甲烷体积分数的测量灵敏度可以达到1.57 nm/%(对应dip1)和1.66 nm/%(对应dip2),对背景折射率的测量灵敏度为419.45 nm/RIU和395.7 nm/RIU, FOM(figure of merit)值分别为524.3 RIU^-1和542.8 RIU^-1。此外,入射光偏振角度对此传感结构的Fano共振透射光谱强度具有一定影响,这一特性为光学非对称传输、偏振角检测以及超表面多功能复用等提供了新思路。     

MIM波导内嵌金属板结构Fano共振传感特性

基于法诺(Fano)共振传感特性,提出了一种金属-介质-金属(MIM)波导耦合矩形腔结构,目的是为了实现高灵敏度、高可靠性的折射率传感检测。通过耦合模理论和有限元数值模拟仿真,分析了矩形腔中有无内嵌金属板两种结构的Fano透射光谱特征,并且进一步优化了矩形腔内嵌金属板结构参数,最后阐明了结构参数对其传感特性的内在影响。结果表明,当入射光以TM模式入射到矩形谐振腔时,会形成两个Fano模式共振峰:第一种模式的品质因数(FOM)达9.4×10⁴,灵敏度为700nm/RIU;第二种模式的FOM达8.4×10³,灵敏度为1200nm/RIU。研究结果表明此结构设计实现了双Fano峰检测,同时各个模式品质因数都很高,这为高性能微纳光学折射率传感器的设计提供了一定的理论参考依据。     

基于Fano共振的全介质超表面双参数传感器

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态(QBIC),两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真,结果表明,传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU^-1和230.0 nm·RIU^-1,优值(FOM)最大为9387,品质因子(Q)最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量,仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃^-1和42.71 pm·℃^-1。     

填充比对金属光栅与介质光栅激发表面等离子波的不同影响

采用严格耦合波理论求解了不同填充比的金属光栅与金属平面覆盖介质光栅在角度调制下的共振衰减反射谱,以及它们在表面等离子体共振时的空间场分布,并对结果进行了对比分析。通过数值计算分析了金属表面等离子体波（Surface Plasmon Polariton, SPP）波矢的有效折射率 与光栅填充比的关系,结果表明对于Au金属光栅结构,SPP的 随着光栅填充比增加并无明显变化;而对于金属平面覆盖介质光栅结构,SPP的 随着介质光栅的填充比的增大单调递增。     

基于多层F-P谐振腔的石墨烯吸波体设计

为了研究当单层石墨烯位于多层Fabry-Pérot(F-P)谐振腔中时,系统近全吸波模式与多层F-P谐振腔数目之间的关系,同时提高系统对吸波模式的调控能力,采用严格耦合波分析法,对石墨烯多层F-P谐振腔系统的吸波响应进行了研究,分析了临界耦合条件下双层和3层F-P谐振腔结构的光谱响应特征。结果表明,双层和3层F-P谐振腔可调谐近全吸波体,分别形成了两个99%以上和3个96%以上的近全吸波模式;通过对石墨烯掺杂可以实现对3层F-P谐振腔系统吸波特性的调节,通过改变3层谐振腔的结构可以控制系统吸收模式的数量和相对位置。该研究为可调近全吸波系统引入更丰富的吸波线型。     

宽波长太阳能电池抗反射层结构设计

为了降低太阳能电池表面对入射光的反射,提高其光电转换效率,设计了入射光谱在400～1100 nm宽波长范围内的二维亚微米抗反射层结构.该结构主要由高折射率ZnS膜层、低折射率MgF_2膜层及二维亚微米光栅层等组成.采用严格耦合波分析理论计算了此结构的反射特性,当ZnS膜层、MgF_(2)膜层、光栅深度及光栅周期分别为50 nm、150 nm、200 nm及400 nm,入射角在0～80°变化时,其平均反射率为7.76%.计算结果表明:所设计的抗反射层结构可有效降低太阳能电池表面对入射光的反射,从而提高其光电转换效率.     

Silicon waveguide-based single cavity Fano resonance temperature sensor

A compact Fano resonant temperature sensor composed of a micro-ring resonator (MRR) coupled double-T-shaped waveguide is developed. The coupling gap and coefficient of the device are optimized by the finite difference time domain (FDTD) method. The maximum slope ratio (SR) of the MRR-coupled single-T-shaped waveguide is ?2.13 dB/nm. The SR of the double-T-shaped waveguide is ?49.69 dB/nm which is 23 times that of the single-T-shaped waveguide. The simulation results show that the temperature sensitivity of optical intensity decreases with increasing temperature in the range from 303.6 K to 343.8 K. The wavelength-temperature sensitivity of the double-T-shaped waveguide microring is 76.5 pm/K. After introducing the double-T-shaped waveguide structure, the device''s performance is greatly improved, and the double-T-shaped waveguide has a good application prospect as a temperature sensor.     

复合鱼鳞型超构材料中光控Fano谐振的设计

为解决传统超构材料存在的结构一旦形成,其谐振特性便无法进行动态可调的问题,本文将鱼鳞型超构材料与光电导材料硅相结合,实现了太赫兹波段Fano电磁响应的动态调控。该复合超构材料由鱼鳞型金属线、硅层以及聚酰亚胺组成。在鱼鳞型结构的金属弧线无、有缝隙两种情况下,研究了电磁波的入射角度和硅的电导率对Fano谐振的影响。当硅的电导率达到1×103S/m时,多频点电磁响应的调制深度都接近1。结果表明,调节缝隙宽度可以成为Fano谐振工作频率调控的有效方式。本文为实现超构材料中Fano谐振的可调谐特性提供了一种可行途径,对实际应用中太赫兹波的主动调控、传感等方面具有重要意义。     

石墨烯纳米片阵列的表面等离激元法诺共振

为了在中红外波段获得多阶表面等离激元法诺共振, 设计了结构简单、制备方便的非对称石墨烯纳米片二聚体阵列超表面。采用有限元分析方法, 对各阶法诺共振峰产生的物理机制, 费米能级、纳米片结构及相对位置等因素对法诺共振的影响进行了理论分析。结果表明, 随着费米能级的增加, 法诺共振发生蓝移; 表面等离激元共振效应增强, 同时增强了近场的局域效应; 随着纳米片二聚体的大小和位置的不对称性增加, 法诺线型的非对称性也随之增加; 这种结构简单的多阶表面等离激元法诺共振有望在生物传感及相关领域得到广泛应用。该研究为进一步的实验研究提供了理论参考。     

虚拟化堆叠系统实时数据同步实现方法

堆叠是一种将多台设备虚拟成一台设备来管理和使用的技术,它能够简化交换机管理,提高其可用性和性能。在堆叠技术的实现过程中,堆叠各成员在实时运行过程中动态表项、协议状态、实时配置、链路变化等事件的同步是一个亟待解决的问题。提出了一种在堆叠成员间建立同步通道来实现实时信息同步,从而解决了上述问题。     

Sharp Fano resonance in 2D photonic crystal and the applications

Fano resonance is realized theoretically in a photonic crystal. The structure is composed of a cavity side coupled to a partially transmitting waveguide. By optimizing the structure parameters, asymmetric sharp Fano resonance transmittance spectrum is achieved with quality factor of 2 213, extinction ratio of 57 dB and peak loss of 0.2 dB. The sharp spectrum can be used in sensor applications. Such as pressure sensor, the pressure sensitivity is about 9.15 nm/GPa. and for refractive index sensing application, the sensitivity is about 800 nm/RIU, and the maximum of figure of merit can reach 1 000. Besides, this sharp Fano resonance based on photonic crystal has potential applications in optical switches, filters etc. And it can be integrated into optical communications and optical integration circuits.     

Increased laser tunability by acidification of organic dyes

From an investigation of the fluorescence and laser tunability of 7-N-methylamino-4, 6-dimethylcoumarin, we have found a convenient means of extending the laser bandwidth and tunability by acidification of the solution. The general applicability of this method applied to other organic dyes is also discussed.     

交叉蝴蝶结纳米结构的Fano共振效应用于表面增强相干反斯托克斯拉曼散射的理论研究

Fano共振效应拥有独特的局域场增强效果,在表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,不同波长局域场增强空间位置相同的结构结合Fano共振效应,可以实现混合频率共振模式,使得表面增强相干反斯托克斯拉曼散射总的增强因子得到大幅度提高。采用FDTD软件系统研究了对称的交叉蝴蝶结Au纳米结构的Fano共振效应,该效应使得交叉蝴蝶结结构中心位置附近的电场强度得到大幅度的增强,把该结构应用到表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,可以使表面增强相干反斯托克斯拉曼散射信号的增强因子高达1013,达到单分子检测的水平。     

图书馆闭架书库控制系统的研究与实现

针对图书馆遇到的图书数量大、图书错乱架、读者藏书、盘点困难等问题,设计了一种闭架书库控制系统,该系统能够实现图书自动化借还功能。同时进行了图书拣选作业问题改进遗传算法的研究,该遗传算法能够使图书拣选作业时间长、效率低的问题得到有效改善。最后对整个闭架书库控制系统进行了运行实验,实验结果说明设计的图书自动化借还的闭架书库控制系统是有效的。     

智能电表检测系统通信协议栈设计与实现

目前我国用电信息采集系统的建设规模大,设备厂家型号多,通信介质和通信协议种类多,需建立具有互操作性的电能表通信协议标准体系。研究了IEC 62056规范,以此为标准设计完成智能电表规约测试系统的通信协议栈部分。协议采用分层设计,串口通信方式包括以IEC 62056-46为标准的数据链路层和物理层,TCP通信方式包含中间封装层以及采用JAVANIO技术的TCP传输层。为了对电表协议本身进行合规测试,设计了单独的合规测试模块,用特定的测试用例对电表协议的合规性进行检测,并反馈结果。