集成光子器件中二维亚波长光栅的设计与研究
发布时间：2020-07-12 14:39
【摘要】：随着人们对通信容量需求的提升,光通信系统对器件性能的要求不断提高,促使光电子器件朝着具有易集成、高性能、低功耗、小体积的方向发展。基于衍射光学(例如,光栅、菲涅耳透镜)和薄膜光学(例如,介质滤波器,布拉格反射器)的平面组件已经存在几十年。但近年来随着表面元理论的不断完善和微纳制造技术的不断提升,让平面元件再次成为研究的热点。其中,亚波长光栅是一种新型的微纳结构的光栅,通过调控光栅的结构和尺寸可以控制光的基本属性(幅度,相位,极化),基于这一原理可以实现对光电子集成器件灵活的设计。本论文主要以亚波长光栅应用于光电子集成器件的设计与研究为出发点,重点研究了圆柱型亚波长光栅对光场的调控特性;设计了具有偏振不敏感、高反射率和汇聚特性的圆柱型亚波长光栅;对比分析了具有正四边形和正六边形排布方式的圆柱型亚波长光栅对光场调控的特性;研制并测试了具有角度偏转功能的非周期亚波长光栅反射镜。具体研究内容和创新性成果如下:1、提出了一种具有偏振不敏感、高反射率和汇聚特性的圆柱型亚波长光栅。这一圆柱型亚波长光栅采用正六边形阵列的排布方式,对波长为1550nm的入射光可实现焦距为6μm反射汇聚,焦斑的半高全宽为1.14μm,焦深为1.73μm,反射率为61.3%。从微观上圆柱结构具有旋转对称性,相比于此前提出的二维块状结构的亚波长光栅,基于圆柱型亚波长光栅设计的器件更易实现偏振不敏感的特性。2、对比分析了具有正四边形和正六边形排布方式的圆柱型亚波长光栅对光场调控的特性。本论文分别以正方形和正六边形阵列设计了两种基于圆柱型亚波长光栅的平面汇聚反射镜,对比分析了排布方式对汇聚效果的影响,并得出圆柱型亚波长光栅采用正六边形阵列的汇聚效果更好的结论,特别是在汇聚平面能量峰值上采取正六边阵列排布是采取正方形阵列条件下的1.64倍。这一结论将对圆柱型亚波长光栅阵列的设计具有指导意义。3、研制并测试了具有角度偏转功能的非周期亚波长光栅反射镜。由于“一镜斜置三镜腔”光探测器的顶部需要集成一个具有小角度偏转功能的反射镜,而能够实现角度偏转功能的非周期亚波长光栅平面反射镜恰好是一个好选择。基于一维亚波长光栅设计、制备并测试了具有角度偏转功能的平面反射镜,实验测得该反射镜可实现17°左右的偏转反射。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN256
【图文】：
２．１．丨亚波长光栅的结构逡逑以空气和高折射率材料为Ｎ隔的高折射率差亚波长光栅是０前应州最为广逡逑泛的？类亚波！＿＜：光栅，其结构如图２－１所示，下面以此为例对亚波长光栅的结构逡逑进行介绍。亚波长光栅Ｋ要的结构参数有光栅周期（Ａ）、高折射率材料介质层厚逡逑度（ｔｓ）、低折射率材料介质层厚度（ｔ／）和光栅占空比（／），其中高折射率材料的折射逡逑率为（叫），低折射率材料的折射率为（ｎ小这一类型的高折射差亚波长光栅应川逡逑Ｍ广的便是基于绝缘体上陆（ｓｉｌｉｃｏｎ邋ｏｎ邋ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，邋ＳＯＩ）的光栅，其中陆的折射率为逡逑３．４８，二氧化丨！丨；的折射率为１．４７，正好依次构成高折射率差亚波长光栅结构屮的逡逑高折射率材料和低折射率材料。逡逑高折射率材料（１叫邋空逡逑＼逦、逦衬底逡逑＼逡逑图２－１高折射率亚波长光g踅峁故疽馔煎义希玻保惭遣ǔす庹さ姆掷噱义细莨庹さ奈炔煌山遣ǔす庹し治晃遣ǔす庹ず投遣ǔす忮义险ぃ缤迹玻菜尽Ｓ勺陨斫峁剐巫聪薅ㄒ晃遣ǔす庹ざ匀肷涔馐瞧衩舾械模义希峰义
本文编号：2752102
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN256
【图文】：
２．１．丨亚波长光栅的结构逡逑以空气和高折射率材料为Ｎ隔的高折射率差亚波长光栅是０前应州最为广逡逑泛的？类亚波！＿＜：光栅，其结构如图２－１所示，下面以此为例对亚波长光栅的结构逡逑进行介绍。亚波长光栅Ｋ要的结构参数有光栅周期（Ａ）、高折射率材料介质层厚逡逑度（ｔｓ）、低折射率材料介质层厚度（ｔ／）和光栅占空比（／），其中高折射率材料的折射逡逑率为（叫），低折射率材料的折射率为（ｎ小这一类型的高折射差亚波长光栅应川逡逑Ｍ广的便是基于绝缘体上陆（ｓｉｌｉｃｏｎ邋ｏｎ邋ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，邋ＳＯＩ）的光栅，其中陆的折射率为逡逑３．４８，二氧化丨！丨；的折射率为１．４７，正好依次构成高折射率差亚波长光栅结构屮的逡逑高折射率材料和低折射率材料。逡逑高折射率材料（１叫邋空逡逑＼逦、逦衬底逡逑＼逡逑图２－１高折射率亚波长光g踅峁故疽馔煎义希玻保惭遣ǔす庹さ姆掷噱义细莨庹さ奈炔煌山遣ǔす庹し治晃遣ǔす庹ず投遣ǔす忮义险ぃ缤迹玻菜尽Ｓ勺陨斫峁剐巫聪薅ㄒ晃遣ǔす庹ざ匀肷涔馐瞧衩舾械模义希峰义
本文编号：2752102
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2752102.html
