本文關(guān)鍵詞：基于導(dǎo)模共振的亞波長光柵器件研究　出處：《西安郵電大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：亞波長光學(xué)元件具有傳統(tǒng)光學(xué)元件無法實(shí)現(xiàn)的特殊光學(xué)特性,其中亞波長光柵結(jié)構(gòu)由于只存在零級衍射波的特殊衍射特性而受到廣泛關(guān)注。亞波長光柵導(dǎo)模共振效應(yīng)具有高衍射效率、窄帶寬、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn),已據(jù)此設(shè)計(jì)出了多種性能優(yōu)越的光學(xué)器件,例如濾波器、光束分束器、光調(diào)制器等。然而,這類光柵的周期通常為工作波長量級或亞波長量級,標(biāo)量分析方法無法對其衍射特性準(zhǔn)確計(jì)算,需要使用嚴(yán)格的矢量理論。本文介紹了分析亞波長光柵結(jié)構(gòu)常用的三種數(shù)值分析方法:使用等效介質(zhì)理論對光柵衍射近似計(jì)算,使用嚴(yán)格耦合波理論與時(shí)域有限差分算法對光譜響應(yīng)精確求解�；趯�(dǎo)模共振效應(yīng),提出并研究了波長可調(diào)的窄帶濾波器和低閾值雙穩(wěn)態(tài)光柵兩種器件結(jié)構(gòu)。主要工作如下:1.根據(jù)等效波導(dǎo)模型,將亞波長光柵層視為具有均勻折射率的平面介質(zhì)波導(dǎo),通過計(jì)算其本征方程得到導(dǎo)模共振的位置,并使用嚴(yán)格耦合波理論與時(shí)域有限差分算法計(jì)算了不同光柵參數(shù)對光柵光譜響應(yīng)的影響。2.提出了一種分離式光柵濾波器結(jié)構(gòu),其波導(dǎo)層被一個(gè)空氣薄層所隔開。計(jì)算了不同間隔層厚度時(shí),該濾波器的光譜響應(yīng)。結(jié)果表明,間隔層厚度對共振位置有控制作用。通過對光柵結(jié)構(gòu)優(yōu)化,在1515～1558nm波長范圍實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧。同時(shí)采用淺調(diào)制光柵設(shè)計(jì)使得在該波長范圍內(nèi),半高全寬均小于0.6nm。3.設(shè)計(jì)了一種低閾值雙穩(wěn)態(tài)光柵結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)波導(dǎo)層是由兩個(gè)高折射率層中間填充一個(gè)低折射率薄層組成的三明治結(jié)構(gòu),光柵層采用強(qiáng)調(diào)制的淺刻蝕光柵,非線性材料選用具有高非線性系數(shù)的硅材料作為光柵層和波導(dǎo)層介質(zhì)。該結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)層由于邊界條件的緣故,在TM偏振態(tài)入射的情況下,光場會(huì)被強(qiáng)烈地束縛在中間的低折射率層并獲得局域增強(qiáng),從而提高該結(jié)構(gòu)的非線性特性,降低了交換閾值。計(jì)算結(jié)果表明,該雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的交換閾值相比傳統(tǒng)的雙穩(wěn)態(tài)光柵降低了約一個(gè)數(shù)量級。另外,還對不同的低折射率層厚度進(jìn)行了分析,得出了交換閾值隨光柵厚度的變化趨勢,并從光場分布的角度解釋了這一趨勢。本文提出的兩種亞波長光柵器件結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的性能,具有一定的理論價(jià)值和實(shí)際意義。其中,分離式光柵結(jié)構(gòu)具有可調(diào)諧、窄線寬等濾波特性,在光通信等領(lǐng)域具有潛在的用途,同時(shí),該結(jié)構(gòu)的這些特性還具有對壓力進(jìn)行探測、傳感的能力;另外,低閾值雙穩(wěn)態(tài)光柵結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的局域場增強(qiáng)特性使其相比傳統(tǒng)光柵雙穩(wěn)態(tài)非線性性能大大提升,這對全光雙穩(wěn)器件的實(shí)用化具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：西安郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN256

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本文編號：1323407