光通信系统中的新型高折射率差亚波长光栅的研究
发布时间：2021-04-20 17:04
亚波长光栅由于其结构尺寸的亚波长量级（光栅周期小于入射光波长）,具有传统光栅所没有的光学特性,同时其微型化的结构可以应用在集成光学领域,因此随着微纳技术的快速发展,亚波长光栅作为重要的微纳光学器件,在全息技术、光谱学、光通信和信息处理等多个领域都得到了广泛应用。在光通信系统中,高折射率差亚波长光栅（High Contrast Sub-wavelength Grating,HCG）是光栅条（高折射率材料）完全被低折射率材料包围的一种亚波长光栅。HCG通过改变光栅参数,可以制作成高性能反射镜、高透镜、偏振器、偏转器,分束器、滤波器等,成为光通信中的研究热点。本论文主要围绕应用于光通信系统中的高折射率差亚波长光栅,对其独特性能进行了理论和实验研究。论文的主要研究内容和创新如下:1、分析了三种分析光栅的方法,即严格耦合波分析法（Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA）、模式匹配法（Model Method）和有限元法（Finite Element Method）。严格耦合波分析法能够更清晰地分析光波作用于光栅后,光栅表面的衍射特性,而模式匹配法则更适合分析光在光...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 论文结构安排
1.3 参考文献
第二章 光通信系统中的高折射率差亚波长光栅（HCG）
2.1 光通信系统中HCG概述
2.2 HCG研究方法
2.2.1 严格耦合波分析法
2.2.2 模式匹配法
2.2.3 有限元法
2.3 光通信系统中HCG的特性及其原理
2.3.1 HCG的宽带高反和高透特性
2.3.2 高Q谐振特性
2.3.3 HCG的波前相位控制特性
2.3.4 HCG的偏振敏感特性
2.4 HCG在光通信系统中的应用
2.4.1 HCG反射镜
2.4.2 HCG功分器
2.4.3 HCG偏振分束器
2.4.4 HCG与光探测器集成
2.5 HCG参数变化对衍射特性的影响
2.5.1 光栅周期与占空比同时变化时对于光栅性能的影响
2.5.2 厚度变化对HCG的影响
2.5.3 入射波长对HCG的影响
2.6 参考文献
第三章 新型HCG会聚透镜结构设计及仿真
3.1 高性能HCG会聚反射镜研究
3.1.1 高性能HCG会聚反射镜原理
3.1.2 高性能会聚反射镜结构设计
3.1.3 高性能会聚反射镜结构仿真与分析
3.2 双厚度HCG会聚透镜研究
3.2.1 TE偏振光入射时双厚度HCG会聚透镜原理及参数分析
3.2.2 TE光入射时双厚度HCG会聚透镜相位拼接算法
3.2.3 TE偏振光入射时双厚度HCG会聚透镜的结构设计
3.2.4 TE偏振光垂直入射时双厚度HCG会聚透镜的结构仿真与分析
3.3 参考文献
第四章 新型双厚度HCG分束器结构设计及仿真
4.1 双厚度HCG分束器原理
4.2 双厚度HCG分束器的结构设计
4.3 双厚度HCG分束器的结构仿真
4.4 参考文献
第五章 高反会聚HCG实验制备及研究
5.1 HCG会聚反射镜的设计
5.2 HCG会聚高反镜制备技术
5.2.1 电子束曝光
5.2.2 干法刻蚀
5.3 高反射会聚HCG测试系统
5.3.1 测试系统设计
5.3.2 测试系统环境搭建与数据采集
5.3.3 实验结果与误差分析
5.4 参考文献
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]一维增透亚波长光栅的研究[J]. 江孝伟,武华. 发光学报. 2017(02)
[2]基于非周期高折射率差亚波长光栅的光功分器（英文）[J]. 毛敏,黄永清,房文静,段晓峰,刘凯,任晓敏. 激光与光电子学进展. 2016(01)
[3]高反射、高透射和高Q谐振的纳米光栅结构设计及物理分析[J]. 武华,李冲,郭霞. 北京工业大学学报. 2015(12)
[4]Si/SiO2高对比光栅参数对反射率的影响[J]. 李秀山,宁永强,张星,贾鹏,陈泳屹,秦莉,刘云,王立军. 发光学报. 2015(07)
[5]High-transmittivity non-periodic sub-wavelength high-contrast grating with large-angle beam-steering ability[J]. 马长链,黄永清,段晓峰,任晓敏. Chinese Optics Letters. 2014(12)
[6]光栅衍射特性的耦合波分析、计算与讨论[J]. 蔡托,桑田,赵华. 光电工程. 2010(04)
[7]一种具有亚波长光栅结构的光探测器的设计[J]. 杨一粟,黄永清,黄辉,王琦,任晓敏. 中国激光. 2009(09)
[8]亚波长光栅的衍射效率[J]. 张泽全,黄元申,庄松林,饶小红,沈国土. 仪器仪表学报. 2007(04)
[9]ICP刻蚀技术在MEMS器件制作中的应用[J]. 李伟东,张建辉,吴学忠,李圣怡. 微纳电子技术. 2005(10)
[10]光通信中的无源光功分器[J]. 马慧莲,杨建义,王明华. 微电子技术. 2000(01)
博士论文
[1]光通信系统中新型亚波长光栅与半导体光探测器集成的研究[D]. 房文敬.北京邮电大学 2017
[2]亚波长光学元件的特性及应用研究[D]. 聂娅.四川大学 2004
硕士论文
[1]亚波长光栅及其在光通信系统中应用的研究[D]. 马长链.北京邮电大学 2015
[2]光通信系统中亚波长光栅的偏振性能及其在光探测器上应用的研究[D]. 李业弘.北京邮电大学 2015
[3]光通信波段亚波长光栅偏振器的设计与分析[D]. 蔡二飞.北京邮电大学 2013
本文编号：3150069
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 论文结构安排
1.3 参考文献
第二章 光通信系统中的高折射率差亚波长光栅（HCG）
2.1 光通信系统中HCG概述
2.2 HCG研究方法
2.2.1 严格耦合波分析法
2.2.2 模式匹配法
2.2.3 有限元法
2.3 光通信系统中HCG的特性及其原理
2.3.1 HCG的宽带高反和高透特性
2.3.2 高Q谐振特性
2.3.3 HCG的波前相位控制特性
2.3.4 HCG的偏振敏感特性
2.4 HCG在光通信系统中的应用
2.4.1 HCG反射镜
2.4.2 HCG功分器
2.4.3 HCG偏振分束器
2.4.4 HCG与光探测器集成
2.5 HCG参数变化对衍射特性的影响
2.5.1 光栅周期与占空比同时变化时对于光栅性能的影响
2.5.2 厚度变化对HCG的影响
2.5.3 入射波长对HCG的影响
2.6 参考文献
第三章 新型HCG会聚透镜结构设计及仿真
3.1 高性能HCG会聚反射镜研究
3.1.1 高性能HCG会聚反射镜原理
3.1.2 高性能会聚反射镜结构设计
3.1.3 高性能会聚反射镜结构仿真与分析
3.2 双厚度HCG会聚透镜研究
3.2.1 TE偏振光入射时双厚度HCG会聚透镜原理及参数分析
3.2.2 TE光入射时双厚度HCG会聚透镜相位拼接算法
3.2.3 TE偏振光入射时双厚度HCG会聚透镜的结构设计
3.2.4 TE偏振光垂直入射时双厚度HCG会聚透镜的结构仿真与分析
3.3 参考文献
第四章 新型双厚度HCG分束器结构设计及仿真
4.1 双厚度HCG分束器原理
4.2 双厚度HCG分束器的结构设计
4.3 双厚度HCG分束器的结构仿真
4.4 参考文献
第五章 高反会聚HCG实验制备及研究
5.1 HCG会聚反射镜的设计
5.2 HCG会聚高反镜制备技术
5.2.1 电子束曝光
5.2.2 干法刻蚀
5.3 高反射会聚HCG测试系统
5.3.1 测试系统设计
5.3.2 测试系统环境搭建与数据采集
5.3.3 实验结果与误差分析
5.4 参考文献
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]一维增透亚波长光栅的研究[J]. 江孝伟,武华. 发光学报. 2017(02)
[2]基于非周期高折射率差亚波长光栅的光功分器（英文）[J]. 毛敏,黄永清,房文静,段晓峰,刘凯,任晓敏. 激光与光电子学进展. 2016(01)
[3]高反射、高透射和高Q谐振的纳米光栅结构设计及物理分析[J]. 武华,李冲,郭霞. 北京工业大学学报. 2015(12)
[4]Si/SiO2高对比光栅参数对反射率的影响[J]. 李秀山,宁永强,张星,贾鹏,陈泳屹,秦莉,刘云,王立军. 发光学报. 2015(07)
[5]High-transmittivity non-periodic sub-wavelength high-contrast grating with large-angle beam-steering ability[J]. 马长链,黄永清,段晓峰,任晓敏. Chinese Optics Letters. 2014(12)
[6]光栅衍射特性的耦合波分析、计算与讨论[J]. 蔡托,桑田,赵华. 光电工程. 2010(04)
[7]一种具有亚波长光栅结构的光探测器的设计[J]. 杨一粟,黄永清,黄辉,王琦,任晓敏. 中国激光. 2009(09)
[8]亚波长光栅的衍射效率[J]. 张泽全,黄元申,庄松林,饶小红,沈国土. 仪器仪表学报. 2007(04)
[9]ICP刻蚀技术在MEMS器件制作中的应用[J]. 李伟东,张建辉,吴学忠,李圣怡. 微纳电子技术. 2005(10)
[10]光通信中的无源光功分器[J]. 马慧莲,杨建义,王明华. 微电子技术. 2000(01)
博士论文
[1]光通信系统中新型亚波长光栅与半导体光探测器集成的研究[D]. 房文敬.北京邮电大学 2017
[2]亚波长光学元件的特性及应用研究[D]. 聂娅.四川大学 2004
硕士论文
[1]亚波长光栅及其在光通信系统中应用的研究[D]. 马长链.北京邮电大学 2015
[2]光通信系统中亚波长光栅的偏振性能及其在光探测器上应用的研究[D]. 李业弘.北京邮电大学 2015
[3]光通信波段亚波长光栅偏振器的设计与分析[D]. 蔡二飞.北京邮电大学 2013
本文编号：3150069
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