光电子集成器件中高折射率差亚波长光栅的研究
发布时间：2021-08-31 14:25
因为结构简单、设计灵活等特点,衍射光栅自从出现以来,就在光学中占有重要地位,成为一种常见的光学器件。随着研究的不断进展,光栅的发展也日新月异,高折射率差亚波长光栅在这样的基础上以其独特的优势在滤波器、激光器、探测器等光电器件中都得到着广泛的应用。通过对亚波长光栅结构参数的合理设计,不仅可以获得所需的反射率和带宽,还可以实现对光束传播方向的控制,因此亚波长光栅可以用来设计各种不同功能的器件。本论文主要以高折射率差亚波长光栅的相位调控特性为重点研究进行展开,研究了亚波长光栅的理论分析方法和设计方法,并基于二维汇聚光栅的设计对整个过程中发现的问题进行展开讨论实现优化。具体研究内容和创新性成果如下:1、依据高折射率差亚波长光栅的光场调控机制,设计了具有聚焦功能的非周期条形高折率差亚波长光栅和偏振不敏感非周期二维高折率差亚波长光栅,并提出了二维光栅的优化设计方案。2、发现了亚波长光栅焦距会随着光栅尺寸的不同而发生改变的现象。仿真结果表明,由于衍射效应的存在,一个较大的汇聚光栅,当光栅中心与边缘的相位差大于3 π时,光栅焦距才能趋于稳定,与设计值接近。该研究对以后光电子集成器件中汇聚光栅的精准设计...
【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】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１周期衍射光柵反射示意图??如图１－１所示，一个简易的在Ｘ方向呈周期排布的一维条形光栅，其周期为??
以实现的特殊功能。??２００４年Ｍａｔｅｕｓ等人首次提出一种“三明治”设计结构，即高折射率材料夹??在低折射率材料之间的这样的结构，如图１－２所示，即高折射率差亚波长光栅叭??该光栅实现了在１．４０?广１．６７?ｐｍ波段范围内可以实现反射率Ｒ?＞?９９．９°／。。并于??同年制备了上述设计的高折射率差亚波长光栅，实验测试表明在非常宽的反射光??谱范围１．１２＃ｗ￣１．６２＂ｍ?（ＺＵ／Ａ?＞３５％?）内，均可以实现高反射率（Ｒ?＞?９８．５％?）。??｜?麗?＿＿＿＿＿＿＿??ｐ．．．．．．?．ｆ．ｖ，．?．．?＿．．．?ｒ?：．?．??＜ａ）?（ｂ）??图１－２高折射率差亚波长光柵结构示意图??衍射光栅本就是由不同折射率的材料交替间隔排列而成的，高折射率差指的是构??成光栅的交替的材料其折射率存在较大差异，高折射率差压波长光栅具有体积??小、重量轻、易复制、造价低、衍射效率高、设计自由度多、材料可选性宽、色??散性能独特等优势。能够实现传统光学器件难以完成的阵列化、集成化以及任意??波面变换等功能，积极地推动着器件和设备向微型化、集成化、高效率、低成本??发展的进程，进而在器件基础层面上，为不断向着高速率、智能化，低成本趋势??发展的信息网络注入创新的活力［１３］。??近年来
Ｅ．Ｖａｓｄｅｋｉｓ，分另０在Ａｐｐｌ．?Ｐｈｙｓ．?Ｌｅｔｔ期干ｉｊ上报道了各自研宄的基于环开多亚波长光??栅的激光器［８】。２０１０年，美国惠普实验室的Ｄａｖｉｄ?Ｆａｔｔａ丨博士，在Ｎａｔｕｒｅ?Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ??期刊上指出利用平面介质光栅反射镜能够实现对入射光线的汇聚作用Ｗ。图１－４??所示，文章中亚波长光栅采用Ｓｉ０２材料，分析了几种非周期光栅结构的光学特??性，并且将同样的厚度为４７０ｎｍ，光栅周期为７６０ｎｍ的周期结构做了对比，指??出通过非周期结构的设计，实现针对光汇聚性能的调控更加有效。??／?Ｉｎｃｉｄｅｎｔ?Ｌｉｇｈｔ??Ｘ???＞??Ｘ－Ｎ－１?…Ｘ．２?〇?Ｘｉ?Ｘ２?Ｘ＾＋？ｊ??（ａ）??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二维亚波长光栅的偏振不敏感宽光谱高反镜的设计[J]. 周顾人,段晓峰,黄永清,刘凯,任晓敏. 激光与光电子学进展. 2017(03)
[2]一种设计环形汇聚光栅反射镜的新方法[J]. 马长链,黄永清,段晓峰,任晓敏,王琦,王俊,张霞,蔡世伟. 物理学报. 2014(24)
[3]广义惠更斯原理[J]. 梁昌洪. 电子学报. 2008(12)
[4]夫琅和费衍射与大角度衍射[J]. 孙桂林. 光学技术. 2008(03)
[5]电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用[J]. 张琨,林罡,刘刚,田扬超,王晓平. 电子显微学报. 2006(02)
[6]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)
[7]基于有限元法的脊波导特征值分析[J]. 邓素芬,杨显清,陈友臸. 电子对抗技术. 2005(01)
博士论文
[1]新型微纳结构与硅基Ⅲ-Ⅴ族半导体光探测器研究[D]. 胡劲华.北京邮电大学 2014
[2]二元光学器件设计理论及并行制作技术研究[D]. 颜树华.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]低压低功耗CMOS模拟乘法器研究与设计[D]. 陆晓俊.苏州大学 2011
本文编号：3375051
【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】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１周期衍射光柵反射示意图??如图１－１所示，一个简易的在Ｘ方向呈周期排布的一维条形光栅，其周期为??
以实现的特殊功能。??２００４年Ｍａｔｅｕｓ等人首次提出一种“三明治”设计结构，即高折射率材料夹??在低折射率材料之间的这样的结构，如图１－２所示，即高折射率差亚波长光栅叭??该光栅实现了在１．４０?广１．６７?ｐｍ波段范围内可以实现反射率Ｒ?＞?９９．９°／。。并于??同年制备了上述设计的高折射率差亚波长光栅，实验测试表明在非常宽的反射光??谱范围１．１２＃ｗ￣１．６２＂ｍ?（ＺＵ／Ａ?＞３５％?）内，均可以实现高反射率（Ｒ?＞?９８．５％?）。??｜?麗?＿＿＿＿＿＿＿??ｐ．．．．．．?．ｆ．ｖ，．?．．?＿．．．?ｒ?：．?．??＜ａ）?（ｂ）??图１－２高折射率差亚波长光柵结构示意图??衍射光栅本就是由不同折射率的材料交替间隔排列而成的，高折射率差指的是构??成光栅的交替的材料其折射率存在较大差异，高折射率差压波长光栅具有体积??小、重量轻、易复制、造价低、衍射效率高、设计自由度多、材料可选性宽、色??散性能独特等优势。能够实现传统光学器件难以完成的阵列化、集成化以及任意??波面变换等功能，积极地推动着器件和设备向微型化、集成化、高效率、低成本??发展的进程，进而在器件基础层面上，为不断向着高速率、智能化，低成本趋势??发展的信息网络注入创新的活力［１３］。??近年来
Ｅ．Ｖａｓｄｅｋｉｓ，分另０在Ａｐｐｌ．?Ｐｈｙｓ．?Ｌｅｔｔ期干ｉｊ上报道了各自研宄的基于环开多亚波长光??栅的激光器［８】。２０１０年，美国惠普实验室的Ｄａｖｉｄ?Ｆａｔｔａ丨博士，在Ｎａｔｕｒｅ?Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ??期刊上指出利用平面介质光栅反射镜能够实现对入射光线的汇聚作用Ｗ。图１－４??所示，文章中亚波长光栅采用Ｓｉ０２材料，分析了几种非周期光栅结构的光学特??性，并且将同样的厚度为４７０ｎｍ，光栅周期为７６０ｎｍ的周期结构做了对比，指??出通过非周期结构的设计，实现针对光汇聚性能的调控更加有效。??／?Ｉｎｃｉｄｅｎｔ?Ｌｉｇｈｔ??Ｘ???＞??Ｘ－Ｎ－１?…Ｘ．２?〇?Ｘｉ?Ｘ２?Ｘ＾＋？ｊ??（ａ）??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二维亚波长光栅的偏振不敏感宽光谱高反镜的设计[J]. 周顾人,段晓峰,黄永清,刘凯,任晓敏. 激光与光电子学进展. 2017(03)
[2]一种设计环形汇聚光栅反射镜的新方法[J]. 马长链,黄永清,段晓峰,任晓敏,王琦,王俊,张霞,蔡世伟. 物理学报. 2014(24)
[3]广义惠更斯原理[J]. 梁昌洪. 电子学报. 2008(12)
[4]夫琅和费衍射与大角度衍射[J]. 孙桂林. 光学技术. 2008(03)
[5]电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用[J]. 张琨,林罡,刘刚,田扬超,王晓平. 电子显微学报. 2006(02)
[6]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)
[7]基于有限元法的脊波导特征值分析[J]. 邓素芬,杨显清,陈友臸. 电子对抗技术. 2005(01)
博士论文
[1]新型微纳结构与硅基Ⅲ-Ⅴ族半导体光探测器研究[D]. 胡劲华.北京邮电大学 2014
[2]二元光学器件设计理论及并行制作技术研究[D]. 颜树华.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]低压低功耗CMOS模拟乘法器研究与设计[D]. 陆晓俊.苏州大学 2011
本文编号：3375051
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