光栅共振耦合中的共振特征与谱对称性研究

发布时间：2017-05-31 08:08

  本文关键词：光栅共振耦合中的共振特征与谱对称性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：导模共振滤光片是指当波导光栅的结构参数满足一定条件的情况下,会在特定波长入射的条件下激发结构所支持的泄漏模使得入射能量重新分配,光谱中呈现出尖锐的窄带滤波特性,其最高反射效率可达100%,线宽仅为0.01nm,并且具有极低的旁带响应。因此光波在亚波长波导栅中传播的物理现象——导模共振效应,被广泛应用于高功率激光、滤波器、光开关等领域中。通常情况下,导模共振滤光片主要由覆盖层、光栅层、波导层及衬底四部分构成,但其滤波特性对光栅周期、占空比、光栅深度、波导层厚度等结构参数非常敏感,改变以上任意参量均可能造成谱线线型的改变从而对应用的设备不良的影响,因此了解谱线对称性变化的物理机理从而控制谱线线型显得尤为重要。为了解决导模共振滤光片响应谱线的对称性成因分析的问题,本文提出了竖直耦合共振模型,系统地阐述了光耦合入波导层后传播模在水平与竖直两个方向的传播行为,并解释了竖直模在耦合出后衍射场相位变化对共振峰的影响,并利用Fano共振的原理解释了这种不对称响应谱线的形成原因。为了验证竖直耦合共振模型的正确性,本文设计了两种不同结构参数的导模共振滤光片器件通过严格耦合波分析法(RCWA)模拟出在TE偏振光入射下的反射响应谱线并观察在仅改变光栅高度的情况下其谱线对称性的变化规律以验证纵向双渠道模型。为了更直观的观察导模层内传播模的传播行为,本文模拟了波导层内的电场分布情况。通过观察在不同光栅高度的情况下共振峰及反射谷处电场强度分布情况,发现了对于导模共振反射谱线,在仅改变光栅高度时谱线对称性随之而变化,这是由于光栅高度的变化导致不同阶数的沿竖直方向传播的模分量的有效折射率随之而变化造成的,进而使得水平方向模分量与竖直方向模分量的衍射场之间的相位差了发生变化。该结果进一步验证了竖直耦合共振模型。本文首次提出了竖直耦合共振模型,该模型的建立有效避免了大规模矩阵运算并为研究双层波导光栅中导模耦合过程提供简单直观的解释。首次从模传播的竖直分量角度解释了导致导模共振谱线不对称性的产生原因并为控制谱线对称性提供了参考意见,有助于理解光子晶体中的Fano共振问题。
【关键词】：亚波长光栅 导模共振 谱线对称性
【学位授予单位】：重庆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN25
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 衍射光学概述10-11
• 1.2 亚波长光栅的原理与应用11-13
• 1.3 导模共振滤光片中谱线对称性的研究进展13-14
• 1.4 Fano共振的研究进展14-15
• 1.5 Fano共振产生原理15-17
• 1.6 本文研究的内容17-19
• 2 导模共振理论模型19-25
• 2.1 导模共振的基本原理19-22
• 2.1.1 导模共振效应19-21
• 2.1.2 模耦合理论21-22
• 2.2 双模干涉模型简介22-23
• 2.3 双模干涉模型能量耦合的特点23
• 2.4 本章小结23-25
• 3 竖直耦合共振模型25-29
• 3.1 竖直耦合共振简介25-26
• 3.2 竖直耦合共振模型的Fano共振解释26-27
• 3.3 竖直耦合共振模型的影响因素27
• 3.4 本章小结27-29
• 4 理论分析反射谱对称性29-37
• 4.1 反射谱对称性验证方案29
• 4.2 验证与模拟29-35
• 4.2.1 结构设计及模拟参数设计29-32
• 4.2.2 数值模拟与讨论32-35
• 4.3 本章小结35-37
• 5 亚波长光栅的制备37-47
• 5.1 镀膜工艺37-40
• 5.1.1 低压化学气相沉积（LPCVD）37-38
• 5.1.2 感应耦合等离子体化学气相沉积（ICPCVD）38-39
• 5.1.3 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）39-40
• 5.2 光刻工艺40-41
• 5.3 刻蚀工艺41-42
• 5.4 制备步骤42-43
• 5.5 样品展示与表征43-44
• 5.6 测试与分析44-45
• 5.7 本章小结45-47
• 6 总结与展望47-49
• 6.1 总结47-48
• 6.2 展望48-49
• 参考文献49-56
• 附录A：作者攻读硕士学位期间发表论文及科研情况56-57
• 致谢57

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张培琨,李育林,刘家英,乔学光,忽满利,贾宏志;线性啁啾光栅结构参数优化的定量研究方法[J];光子学报;1998年06期

2 陈德伟;;采样光栅设计与衍射行为分析[J];激光杂志;2006年03期

3 叶超;谢永军;付绍军;何世平;;采用弹性基底制作变间距光栅[J];微细加工技术;2006年02期

4 叶锡标;周成刚;张阳;黄文浩;;基于透反式二维绝对零位光栅的光刻对准技术[J];中国科学技术大学学报;2007年03期

5 叶燕;陈林森;;埋入式光栅双通道特性及其应用研究[J];光学学报;2008年12期

6 沈洪斌;张雏;司宾强;;基于狭缝方程的二次扭曲光栅的设计与衍射模拟[J];激光杂志;2008年02期

7 方明月;段永远;谌夏;彭姝慧;蒲利春;;非线性光栅器件[J];重庆工学院学报(自然科学版);2008年03期

8 刘荣祁;陈建荣;林宝卿;庄其仁;;浮雕矩形光栅刻槽深度的衍射测量方法[J];应用激光;2009年03期

9 厉以宇;王媛媛;陈浩;朱德喜;胡川;瞿佳;;基于二维结构薄膜的偏振选择相位光栅的研究[J];物理学报;2010年07期

10 王聪;张军伟;杜丽;周海;;光栅拼接技术研究进展[J];激光与光电子学进展;2011年08期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘恒彪;王占山;;纳米光栅结构长度标准研制[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

2 耿康;陈新荣;吴建宏;;用衍射效率的光谱分布判断多层介质膜光栅掩膜形貌[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

3 白昱;金玉;刘岳峰;冯晶;孙洪波;;光栅微结构提高有机电致发光器件光取出效率的研究[A];全国第15次光纤通信暨第16届集成光学学术会议论文集[C];2011年

4 李术新;梁东;邢岐荣;徐世祥;郎利影;田震;柴路;王清月;;零级深度金属光栅对太赫兹波透过特性的理论研究[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年

5 曹召良;卢振武;李凤有;孙强;;亚波长周期结构光栅的制作工艺和理论关系研究[A];2002年中国光学学会年会论文集[C];2002年

6 成希革;黄吉发;尹振宇;李雪玲;;内置多叶光栅集成[A];第八届全国医用加速器学术交流会论文集[C];2009年

7 杨德兴;王海滨;赵建林;张鹏;郭夏锐;;层状多重体全息光栅的研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

8 周常河;;低密度光栅的飞秒信息处理技术[A];2006年全国强场激光物理会议论文集[C];2006年

9 闵长俊;焦小瑾;王沛;明海;;表面有凹槽的亚波长金属光栅结构中光的透射现象的研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年

10 赖建军;梁华锋;王彬;翟小锋;;基于金属/介质/金属光栅的窄带红外发射/吸收结构设计[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 通讯员　 周晔 记者　 李雪林;0.1秒干完10分钟的活[N];文汇报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 金娃;PCF热传导与形变机理及在熔接和光栅制备中的应用研究[D];燕山大学;2015年

2 武华;面向硅基光子集成的光栅器件研究[D];北京工业大学;2015年

3 吴丽翔;取样光栅的刻蚀深度空间分布微调方法[D];中国科学技术大学;2015年

4 李朝阳;物像光栅自拼接在超短超强激光中的应用问题研究[D];南京理工大学;2015年

5 廖云飞;大口径精密光栅拼接系统研究[D];重庆大学;2015年

6 刘丽娟;液晶/聚合物光栅激光器性能的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年

7 王志文;基于金属纳米光栅的集成偏振导航传感器研究[D];大连理工大学;2016年

8 王瑞;亚波长微偏振光栅探测器的研制方法及其偏振特性研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年

9 吴华明;硅基微纳二元非均匀光栅的研究及应用[D];华中科技大学;2010年

10 董毅;用于光互连的体波导光栅耦合器：分析、制备和应用[D];山东大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 何培栋;基于LiNbO_3的波导及光栅的研究[D];天津理工大学;2015年

2 周阳;全息深亚波长光栅技术研究[D];苏州大学;2015年

3 张嘉赫;OCB模式液晶光栅的光学特性研究[D];大连海事大学;2015年

4 卢鹭云;宽光谱光栅侧面耦合集光技术研究[D];浙江大学;2015年

5 陈剑科;新型二维折叠光谱仪的工程化研制及其应用[D];复旦大学;2014年

6 汪瑾;片状光栅内各模式性质研究[D];华东师范大学;2015年

7 胡瑞;基于复合微纳金属光栅—波导结构的双通道带通滤波器的设计[D];大连理工大学;2015年

8 杨倩;基于叠印采样光栅的光码分多址编解码技术研究[D];南京大学;2014年

9 张新彬;偏振分束光栅的设计和制造[D];福建师范大学;2015年

10 任建文;光折变光栅滤波器及其应用研究[D];浙江工业大学;2014年

  本文关键词：光栅共振耦合中的共振特征与谱对称性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：408959