嵌入式三色光变器

为了提升现有导模共振防伪光变器件的性能,设计了一种基于ZnS覆盖膜的一维单周期矩形结构三色光变器.当自然光入射角为45°时,可在0°,58°,90°方位角分别获得相应的蓝、绿、红三色反射峰,对研究结果进行了物理解释.分析并提出了该器件周期、槽深、膜厚以及入射角变化对反射峰的影响规律,对器件的设计、制作和测试有重要指导作用.三色光变器基于简单结构实现方位角调节的自然光三色光变效果,可运用传统激光全息产业的模压和蒸镀工艺进行制作,在光变图像防伪领域有重要应用.     

红绿共振互补光变亚波长微结构制作与分析

剖析了双层亚波长光栅微结构的设计及制作原理,提出了一种亚波长微结构设计与制作的新方法,其特点是以矩形亚波长光栅设计微结构,用全息干涉光刻及涂布的方法制作,却不影响设计微结构的共振及光变特性,还能改善反射光的颜色质量。用该方法设计及制作了具有“红绿”共振互补光变效果的亚波长防伪微结构,检验了其共振光变光谱与颜色变化特征。研究表明：制作的全息光栅微结构的共振及光变特征如共振光谱、颜色、光谱峰及峰分裂等与预先设计的相同;矩形亚波长光栅并不是共振的必要条件,其他面形光栅微结构的衍射特性和等效波导若与矩形光栅微结构的相同,则其相关特性相同;用新方法设计及制作亚波长光变微结构的工艺是可行的,既降低了设计微结构的加工难度,又便于用现有的全息生产设备批量生产。     

间隔叠合式双层亚波长光栅

提出了一种应用价值较高的防伪光栅结构-间隔叠合式双层亚波长光栅,可以展宽基本光栅的光谱峰值带宽、改善光谱线形和光变效果.分析了亚波长光栅光谱峰值带宽展宽和线形改善的原理,用矢量衍射理论验证了理论分析的合理性,并对特定防伪光变设计要求的双层光栅进行了参量优化和光变特性分析.结果表明,满足同相位条件的光谱线形与基本光栅相同,带宽为基本光栅的两倍;满足反相位条件的光谱线形为准矩形,带宽大于基本光栅;亚波长光栅在传统和非传统照明条件下倾斜均能产生彩色光变效果,且传统照明情况下的光变速率较大,利用这种光变速率差可以制作各向异性光变效果.     

双层交叉叠合式共振亚波长光栅

提出了一种防伪光栅结构-双层交叉叠合式共振亚波长光栅,其特点是可以展宽共振亚波长光栅的共振波长宽度,使得当将其应用于防伪时能得到更佳的光变效果。分析了半峰全宽展宽的原理,指出共振宽度值的大小依赖于耦合到光栅波导层内一级衍射光的能量。优化设计了此种光栅的结构参量。用矢量衍射理论对该结构的共振特性和制作工艺误差进行了研究。研究表明：这种防伪光栅的共振光谱峰值并不随着入射角的改变而降低,共振半峰全宽最大值约为同等条件下基本共振光栅结构的7倍,该结构的共振性能对光栅制作误差不是很敏感,是一种应用价值较高的防伪光栅结构。     

基于RCWA的太阳能电池抗反射膜分析研究

利用严格耦合波分析法（RCWA）分别计算了五种不同形貌的亚波长浮雕结构的太阳能电池抗反射膜性能,分别从占空比、光栅高度和周期等结构参数以及入射光角度进行模拟。研究结果表明：周期为200rim,高度为400nm,占空比为1的金字塔型浮雕结构的抗反射效果令人满意,且平均反射率低于1％;光波的入射角对光栅的反射率影响较大,光波在光栅法线的角度控制在40°以下合适。通过对亚波长浮雕结构的反射特性模拟和分析,为太阳能电池抗反射膜设计与制作提供理论支持。     

基于导模共振光栅阵列的彩色图像再现

利用导模共振(GMR)光栅阵列再现彩色图像,不同于传统的彩色油墨印刷中所采用的三色染料混合的方式,它是利用光栅的滤光特性直接从自然光中分离出红、绿、蓝三色光充当三基色来代替化学油墨.由于GMR光栅在偏振光入射下衍射曲线在特定波长处会呈现很强的共振峰,且旁带非常低,因此很容易得到高纯度的单色光.考虑到降低实际加工的难度,...     

二元光栅抗反射特性的耦合波分析

基于严格耦合波分析理论和遗传算法,研究了亚波长矩形光栅(即二元光栅)的抗反射特性。针对光通信中的1.55μm波长设计了抗反射矩形光栅。探讨了光栅周期、占空比和光栅深度的变化对抗反射特性的影响。给出了光栅的抗反射特性所适用的入射角度及波长范围。当入射角度小于30°,在光纤传输系统中入射光波长为C波段和L波段时,反射效率小于0.4%,有效地减小了光纤传输系统的回波损耗。     

利用光散射特性研究光学表面中瑞利缺陷粒子的方位诊断

基于偏振双向反射分布函数,从理论上推导了瑞利缺陷粒子分别位于光学表面上方和基底内部的散射场,研究了光学表面瑞利缺陷粒子的方位诊断问题.通过对不同波长下冗余缺陷粒子位于不同方位时双向反射分布函数pp项的分析与讨论实现对缺陷位置的初步判断.结果表明,SiO2瑞利缺陷粒子位于裸基底上方时,双向反射分布函数pp项受波长影响的敏感程度远大于位于SiO2涂覆上方时,可以通过测量缺陷粒子对波长变化的敏感程度判断缺陷粒子的大致方位;当缺陷粒子在Si基底下方时,方位角的凹痕出现在85°到90°之间,当缺陷粒子在SiO2涂层下方时,方位角的凹痕出现在70°左右,因此,可以根据方位角凹痕位置的不同实现对缺陷粒子方位的进一步诊断.     

一种新颖的取样光纤光栅振幅版的研制

提出了一种新颖的用于制作取样光纤光栅的取样振幅版的设计方案，其特点是具有渐变的取样周期和不变的占空比，利用这种振幅版可以简单灵活地制作出反射峰波长间隔不同的取样光栅梳状滤波器，有利于提高取样光栅的制作灵活性并降低成本.对这种方法可能存在的不足也进行了分析.利用制作出的取样光栅，基于全光纤结构实现了具有游标尺式波长调谐机理的可选波长光纤激光器.     

一种新颖的取样光纤光栅振幅版的研制

提出了一种新颖的用于制作取样光纤光栅的取样振幅版的设计方案,其特点是具有渐变的取样周期和不变的占空比,利用这种振幅版可以简单灵活地制作出反射峰波长间隔不同的取样光栅梳状滤波器,有利于提高取样光栅的制作灵活性并降低成本.对这种方法可能存在的不足也进行了分析.利用制作出的取样光栅,基于全光纤结构实现了具有游标尺式波长调谐机理的可选波长光纤激光器. 关键词： 取样光纤光栅 梳状滤波器 可选波长光纤激光器 振幅版     

亚波长消反射光栅

为了降低消反射光栅的偏振敏感性，将等效介质理论推广到二维亚波长结构，对一种特定的矩形柱状结构进行了分析。构造了一种分析方法，然后利用光栅结构的有关表达式得到这种二维结构的近似等效系数。并设计了适用于10．6μm红外波段的二维亚波长消反射光栅，用二元光学的制作工艺在si衬底上进行了实验制备。测试结果表明：对中心波长为10．6μm的红外光，这种光栅象单层消反射膜一样，具有很好的增透效果。     

基于超材料的中波红外宽带偏振转换研究

基于硅纳米块阵列和亚波长金属光栅,硅纳米块长轴与金属光栅夹角为45°,本文设计了一种高效、宽带偏振转换结构.模拟计算表明该结构实现了线偏振光90°旋转,在3.4—4.5μm波段偏振转换率大于60%,在3—5μm光谱范围内的转换对比率大于10~4.由于该结构光学性能优异,制备难度低,可以应用于光传输控制.     

Design and analysis of multilayered structures with metal-dielectric gratings for reflection resonance and color generation

A multilayered structure incorporating a metal-dielectric subwavelength grating, with the characteristic of polarization separation for visible light and the capability of creating reflection resonance and distinctive polarization-dependent color effects, is proposed. Its reflection resonance and color for TE and TM polarizations are discussed, as well as the influence of its structural parameters on them. Moreover, a reflection filter with characteristics of red for TE-polarized light, green for TM-polarized light, and yellow for daylight is designed and fabricated by replacing its grating region with a sinusoidal grating, and its related characteristics also are verified. The structure and its properties can achieve practical applications in various fields, such as color security, image reproduction, color filtering, and polarization-based information hiding.     

Fabrication of ultrathin color filters for three primary colors using guided-mode resonance in silicon subwavelength gratings

We fabricate reflection color filters for three primary colors using silicon two-dimensional triangular-lattice subwavelength gratings on the same quartz substrate. The grating periods are 480, 390, and 300 nm for red, green, and blue filters, respectively. All of the color filters have the same thickness of 100 nm, which enables the simple fabrication of a color filter array. Maximum reflectances of 75 and 46% are obtained at wavelengths of 647.1 and 522.1 nm for the red and green filters, respectively. The blue filter has a double-peaked spectrum with a reflectance of 30% at the peak wavelengths of 450.0 and 502.7 nm. By rigorous coupled-wave analysis, the dimensions of each color filter are designed, and the calculated theoretical reflectance is compared with the measured one.     

高度方向性多光束有机激光

采用DFB分布反馈结构的有机激光由于其自身优点备受关注,而利用高阶布拉格反馈的多光束有机激光及其原理鲜有报道。不同于以往的低阶布拉格反馈形成单波导或单光束激光,本文通过在平面有机半导体波导引入高阶布拉格反馈分别制备了红色和蓝色多束有机激光器。利用四阶布拉格反馈和PVK：DCJTI薄膜实现三光束红光激光器,出射角度为±53°和0.5°。利用五阶布拉格反馈和PS：DSA-ph薄膜实现四光束蓝光激光器,出射角度为±18°和±75°。融合平面波导与光栅耦合的机理,研究了高阶布拉格光栅反馈与器件特性之间的关系。结果表明,理论计算的光束耦合角度和实际测试相符,结果在一定程度上为多光束有机激光器件的设计提供了参考。     

Comparison of resonances and spectral properties for microstructures incorporating singular layered metal dielectric subwavelength grating with different profiles

A multilayered structure incorporating a single metal-dielectric subwavelength grating is a structure with characteristic of polarization separation for visible light, enabling creating visible color aspect. Based on that, two specific structures separately with grating layers of rectangular and sinusoidal refractive index profiles are designed and their related resonant behaviors and spectral properties are compared respectively for s and p polarized incident lights. The impacts of structural parameters of the structures together with dielectric materials on their resonances and spectra in reflection are studied in detailed. Similarities of resonant behaviors, reflection spectra and variations in resonant locations and spectral profiles between both structures are also demonstrated for both polarizations, especially for s polarized light. Due to such similarities and convenience in fabrication, the structure with a sinusoidal grating can replace that with a rectangular grating in mass production for color-based various applications such as color security, image reproduction.     

余弦光栅硅薄膜太阳能电池光吸收分析

设计了一维双层余弦共形光栅结构的单晶硅薄膜太阳能电池.利用时域有限差分法模拟计算了双层余弦共形光栅结构和对照组结构的吸收光谱;利用归一化光吸收密度的概念,定量分析了300~700nm和700~1 100nm两个波段的光吸收效率.结果表明双层共形光栅结构具有更好的全波段吸收效率,且在长波段余弦光栅比矩形光栅具有更好的光捕获和吸收作用.利用光吸收增强谱和电磁场强度分布图,分析了余弦光栅在长波段的吸收增强机理.通过计算短路电流密度,发现双层余弦共形光栅结构比平板结构太阳能电池的短路电流密度提高了79.5%,余弦光栅结构比矩形光栅结构的短路电流密度提高了8.5%.     

双层金属纳米光栅的TE偏振光异常透射特性

根据在亚波长金属光栅表面添加电介质会引起TE偏振光的透射异常性, 应用严格耦合波理论和时域有限差分方法, 研究了双层金属纳米光栅在TE偏振光入射时产生的异常透射现象. 利用等效折射率方法建立了双层金属光栅的等效模型, 得到了TE偏振光透射率与聚合物的折射率、厚度以及金属层厚度的变化关系. 确认了结构中聚合物是透射异常出现的必要条件, TE偏振光以波导电磁模式在其中传播, 并认为类Fabry-Perot腔谐振是透射峰值产生的主要原因.     

一种新型平板彩色显示器件的制备和光谱分析

以MEH-PPV(聚[2-甲氧基-5-(2′-乙基己氧基-对苯乙烯)])和Alq₃作为发光层, 成功制备出ITO/SiO₂/MEH-PPV/SiO₂/Al结构和ITO/SiO₂/Alq₃ /SiO₂/Al结构的固态阴极射线器件。通过分析SSCL光谱,认为这些高速电子激发有机材料后形成Frenkel激子。当器件两个电极之间加的电压比较低时,有机薄膜层的场强也比较低,这些激子被解离的概率很小,从而产生的是激子发光的长波发射;当器件两个电极之间加的电压比较高时,有机薄膜层的场强很高, 在有机层形成的激子大部分被解离, 解离后的电子直接跃迁至LUMO(lowest unoccupancied molecular orbit),这些电子弛豫后从LUMO能级到HOMO(highest occupancied molecular orbit )能级直接辐射跃迁, 接着重新复合发光,从而产生短波发射。制作的固态阴极射线器件可以实现全色发光, 提高发光效率和加强蓝光发射。作者可以预期所研制出的这种SSCL器件必将引发平板显示领域一场新的革命性变革。