利特罗入射下的衍射光栅分束性能研究

论文摘要

随着现代光电产业的高速发展,工业上出现了各式各样的精密光学器件,这类器件对集成度的要求极高。而衍射光栅这种基于高集成度,高精密度的结构迎合了这类工业需求而被广泛应用到各类光学器件或系统中。随着高精密仪器的多样化,工业上对衍射器件的结构及性能提出了更高的要求。现在市场上的一部分衍射器件已经满足不了需求,正在被慢慢的淘汰。对于这样一种具有高衍射效率的优秀器件,应该加快对其多样化结构的研究以及性能上做出突破。因此,研发各种新型结构与性能的微纳光栅是满足工业需要所必需的。本篇文章是基于严格耦合波分析法和模态方法对利特罗入射下的不同结构做出了研究:1、本文呈现了利特罗入射下的具有宽的频谱、角度带宽的单通道高效的金属介电光栅。在三层光栅脊结构中,横向电场（TE）偏振和横向磁场（TM）偏振的-1级次的效率分别可以达到97.3%和96.0%。对于TE和TM偏振,在150nm的波长带宽内,以及8.6°的角度带宽内衍射效率超过95%。在单层光栅脊带覆盖层和连接层的结构中,它具有高的制作公差,在凹槽深度在1.75μm-1.87μm之间,占空比为0.63-0.67范围内时,TE、TM的-1级次效率超过了95%,这对实际光栅制作有极大的意义。在入射波长在1527-1581nm,入射角度在19.1°-21.5°时,TE、TM的-1级次效率将达到90%以上。在单通道高效光栅的设计上,首先利用了简单场模态方法对光栅参数进行了预估计,得到参数的一个大概范围,基于得到的这个范围,再用到了严格耦合波法优化得到精确的参数。2、本文呈现了在利特罗入射条件下的具有宽角度带宽的三层偏振选择介电光栅。TE偏振相当于一个高效光栅,而TM偏振相当于一个两通道分束器。同时这个光栅器件表现出一定的角度带宽优势,也就是说入射角度并不局限于某一特定的角度。这种器件集成了高效光栅和分束光栅的优势,它对集成度的贡献是极有意义的。3、本文呈现了利特罗入射下具有均匀分束性,宽的角度带宽的两通道分束光栅。讨论了两种结构的分束性能,第一种是单层带连接层的光栅结构,第二种是单层带覆盖层的光栅结构,它们可以分成两个阶段的具有良好均匀性的TE或TM偏振。在第一种结构中,利用TE偏振的经过优化的光栅参数,49.50%和49.53%的效率可分别出现在-1级次和0级次上。通过优化TM偏振设计,49.32%和49.62%的效率分别出现在-1级次和0级次上,与简单光栅分束器相比效率得到了改善。在第二种结构中,TE偏振实现了在750nm-843 nm的波长范围和23.7°-36.8°的角度范围内实现两个级次的效率大于45%。而TM偏振在775nm-827nm的波长范围和21.1°-37.1°的角度范围内实现两个级次的效率大于45%。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 尹素芳

导师: 王博

关键词: 高效光栅,偏振无关性,模态法,严格耦合波分析法

来源: 广东工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,仪器仪表工业

单位: 广东工业大学

分类号: O436.1;TH74

DOI: 10.27029/d.cnki.ggdgu.2019.000406

总页数: 72

文件大小: 5842K

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