基于亚波长介质光栅的导模共振滤光片的研究

论文摘要

导模共振滤光片具有很好的光谱性质,带宽窄、衍射率高和大范围的高旁带抑制率。并且结构简单,只有两层或三层,所以一直是光学领域关注的热点。基于亚波长介质光栅结构的导模共振滤光片具有优异的光学特性,在很多领域都有着很大的应用潜力和应用价值。本论文主要基于严格耦合波理论和等效介质理论对导模共振滤光片进行设计和仿真计算,利用有限时域差分法计算导模共振滤光片结构的电磁场分布,并基于电磁场分布对导模共振滤光片的特性进行分析。主要工作如下:1、根据两种基本的计算分析理论:严格耦合波理论和等效介质理论。基于布儒斯特减反射条件,设计了主动调控的波长可调导模共振滤光片。通过改变入射角来调控共振峰位置,从而在可见光范围内,我们可以设计出一个大范围波长可调谐的导模共振滤光片。2、基于导模共振滤光片的等效波导模型,分析了结构和材料的精致对称性以及材料折射率对导模共振滤光片光谱响应的影响。经过计算和模拟仿真,结果表明结构对称性对导模共振滤光片反射谱线的旁带抑制率有影响,且材料折射率对导模共振滤光片在可见光范围内所得到的共振峰个数有影响。从而更快更好地设计出符合要求的导模共振滤光片。3、改变入射角,计算相应角度下导模共振滤光片的光谱响应,得出了共振波长随入射角的变化规律以及半波宽随入射角的变化规律。基于有限时域差分法,计算了可见光范围内导模共振滤光片的电磁场分布,并基于各种情况下的导模共振滤光片的磁场分布,分析导模共振滤光片的特性。本研究所设计的可见光范围内波长可调谐的导模共振滤光片具有以下特点。(1)结构简单,光栅层夹在两个折射率为1.56的BaK5玻璃基底之间,材料折射率精细对称,仅通过改变入射角便可调节导模共振滤光片的共振峰位置,从而实现主动调控,主动调控范围从491nm到690nm,可达到200nm;(2)改变入射角,不会影响导模共振滤光片的反射谱线的优良特性。随着入射角的改变,其反射谱线依然保持接近100%的反射率、小于0.56nm的带宽、350nm到900nm的旁带抑制范围以及几乎为0%的旁带反射率,可以满足大部分滤光片应用的要求。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 衍射光栅的分类和应用

1.2.1 衍射光栅的分类和应用

1.2.2 亚波长光栅的分类和应用

1.3 本文的研究意义及主要内容

1.3.1 研究意义

1.3.2 研究内容

第二章基于亚波长介质光栅的导模共振滤光片理论分析

2.1 等效介质理论

2.2 严格耦合波理论

2.2.1 矩形光栅中TE偏振入射时的衍射

2.2.2 矩形光栅中TM偏振入射时的衍射

2.3 时域有限差分算法

2.4 本章小结

第三章导模共振滤波器件特性的研究

3.1 导模共振效应

3.2 导模共振滤光器件的等效波导模型

3.2.1 单层周期波导

3.2.2 导模共振位置

3.3 光栅结构参数对导模共振特性的影响

3.3.1 光栅周期对导模共振特性的影响

3.3.2 光栅槽深对导模共振特性的影响

3.3.3 入射角对导模共振特性的影响

3.3.4 入射模式对导模共振特性的影响

3.4 本章小结

第四章波长可调谐导模共振滤光片的设计

4.1 波长可调谐导模共振滤光片的设计优化

4.1.1 材料折射率对导模共振滤光片的影响

4.1.2 结构对称性对导模共振滤光片的影响

4.2 波长可调谐导模共振滤光片的特性分析

4.3 本章小结

第五章总结与展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李采彧

导师: 孔伟金

关键词: 亚波长介质光栅,严格耦合波理论,等效介质理论,导模共振滤光片

来源: 青岛大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 青岛大学

分类号: O436

DOI: 10.27262/d.cnki.gqdau.2019.001164

总页数: 56

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