非周期高透射亚波长会聚光栅的研究

亚波长介质光栅的导模共振效应特性研究
近年来，介质光栅由于其可以实现有效调谐介质的特性，成为非线性光学技术的主要研究热点。

共振介质光栅被认为是一种有效的非线性光学技术，可以实现微米和纳米尺度的光子调谐。

在研究氦-波瓦维梅及其他介质中的共振介质光栅时，其共振效应特性被作为一项重要研究领域。

近些年研究发现，尾resonant模型是一种有效的近太赫兹域共振模式，常用于描述较高维度介质光栅的共振响应，它与双折射共振器的灵敏度具有更高的共性。

在介质光栅宽波长共振器的研究过程中，尾resonant模型被用于研究其共振特性，而对其模型进行分析也对了解其具体工作原理有重要意义。

然后，本文以氦-波瓦维梅介质光栅为例，使用尾resonant模型，从理论上分析并计算其共振效应特性。

研究表明，介质光栅在低太赫兹频率范围内表现出较高的共振效应，可以实现有效的太赫兹调谐；在高输出阻抗半波长介质光栅中，通过调整共振器的载流子数量可以最大化共振效应；而在半波长介质光栅中，调节电极间距可以调整共振带宽，实现宽波长的调谐效果。

本文结合介质光栅的尾resonant模型，以氦-波瓦维梅介质光栅为例，从理论上分析其共振效应特性，发现其具有良好的共振响应特性，且可通过改变其输入参数来最大化共振效应，具有高精度、快速调谐介质等特点，为进一步制作和优化共振介质光栅提供有益参考。

亚波长光栅及其应用的研究一、引言亚波长光栅是指光栅周期小于入射光波长的一种光学元件，具有多种应用场景。

本文将对亚波长光栅及其应用进行详细研究。

二、亚波长光栅的制备方法1. 电子束曝光法：利用电子束在感光材料表面进行曝光和显影，形成亚波长级别的图案。

2. 原子层沉积法：通过原子层沉积技术将金属或半导体材料沉积在基底上，形成亚波长级别的图案。

3. 离子束刻蚀法：利用离子束对材料表面进行刻蚀，形成亚波长级别的图案。

三、亚波长光栅的特性1. 具有高分辨率和高传输效率。

2. 可以实现多通道分离。

3. 可以实现非球面透镜功能。

四、亚波长光栅在激光技术中的应用1. 激光全息术：利用亚波长级别的全息记录介质记录激光干涉图案，可以实现高分辨率的图像重建。

2. 激光光栅压缩：利用亚波长级别的光栅对激光进行压缩，可以实现超短脉冲激光的产生。

3. 激光波前调制：利用亚波长级别的光栅对激光进行波前调制，可以实现高质量的激光束成形。

五、亚波长光栅在微纳加工中的应用1. 纳米结构制备：利用亚波长级别的光栅对材料进行刻蚀或沉积，可以制备出纳米级别的结构。

2. 微纳器件制备：利用亚波长级别的光栅对材料进行加工，可以制备出微纳级别的器件，如微透镜阵列、微流控芯片等。

六、亚波长光栅在生物医学中的应用1. 免疫检测：利用亚波长级别的全息记录介质记录生物分子信息，可以实现高灵敏度和高特异性的生物分子检测。

2. 细胞成像：利用亚波长级别的全息记录介质记录细胞信息，可以实现高分辨率的细胞成像。

七、亚波长光栅的发展趋势1. 制备技术的进一步提高，实现更高精度和更大尺寸的亚波长级别光栅。

2. 应用领域的拓展，如在量子计算、光子芯片等领域中的应用。

3. 与其他技术的结合，如与人工智能、虚拟现实等技术结合，实现更多样化和智能化的应用。

八、结论亚波长光栅具有多种特性和应用场景，在激光技术、微纳加工和生物医学等领域中都有广泛应用。

未来随着制备技术和应用领域的不断发展，其应用前景将会更加广阔。

亚波长偏振光栅的研究进展ＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＳｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＧｒａｔｉｎｇｓ赵华君１袁代蓉１吴正茂２１重庆文理学院物理与信息工程系，重庆４０２１６０２西南大学物理科学与技术学院，重庆４００７１!"５ＺｈａｏＨｕａｊｕｎ１ＹｕａｎＤａｉｒｏｎｇ１ＷｕＺｈｅｎｇｍａｏ２１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０２１６０，Ｃｈｉｎａ２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４００７１５，Ｃｈｉｎａ#$$$$$$$%&’’’’’’’(１引言光栅作为一种常用的光学元件，在各类光学系统中起着重要作用。

光栅主要有色散、分束、偏振及相位匹配四个基本特性。

以前光栅的应用大都基于光栅的色散和分束特性，而对具有偏振特性的偏振光栅（ＰＧｓ）的研究相对较少。

近年来，人们逐步认识到光栅具有优良的偏振特性，并开展了大量的研究［１￣１５］。

理论和实验都表明，当光栅的周期尺寸接近或者小于入射光波长时，将表现出较强的偏振特性，利用光栅的偏振特性，可以制作各种偏光器件，如偏振光检测器、偏振分束器、相位延迟器、各种波片等［２￣７］。

光栅的周期小于入射光的波长称为亚波长光栅，亚波长光栅具有特殊的偏振衍射特性，可以实现偏振、分束、增透、高反、窄带滤波等功能［８￣１０］，基于光栅偏振特性的亚波长偏振光栅作为一种新型偏振光学元件［１１，１６］，通过对光波偏振态的周期性调制，产生一种偏振依赖的衍射场［１７］，可将单色平面波分裂成若干束具有不同偏振态的子光波。

亚波长偏振光栅除了能替代晶体作偏振光分束器外，还可以用作光开关、光互联器件，并且在偏振模色散（ＰＭＤ）的测量和补偿、偏振光的实时检测、偏振光数据处理、生物成像、偏振光相关的仪器设备等领域都有较多的应用［１７￣２４］。

工程管理与技术现代商贸工业２０２０年第６期１８６㊀㊀基金项目:延安大学西安创新学院２０１７年校级科研项目(２０１７X J K Y－５).作者简介:王巧霞(１９７９－),女,汉族,陕西府谷人,硕士,讲师,研究方向:理论物理.亚波长金属光栅的聚焦特性的应用分析王巧霞㊀李娣娜㊀宋㊀蓓㊀温利平(延安大学西安创新学院,陕西西安７１０１００)摘㊀要:随着科技的快速发展,现代光学器件对微型化和集成化的需求不断提高.亚波长金属光栅是指光栅的周期小于入射波长,能够突破衍射极限,其具有体积小㊁结构紧凑㊁易集成等特点.介绍了光栅激发表面等离子体模式相关理论,分析了金属纳米狭缝光栅对光路进行有效调控从而实现光束的聚焦.在与光波相互作用中亚波长金属光栅结构呈现出许多新颖的效应,其中聚焦特性可应用于超分辨成像㊁生物传感㊁纳米激光器等领域.关键词:亚波长金属光栅;表面等离子体激元;衍射极限中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０２０．０６．０９２０㊀引言１９０２年,W o o d 在研究金属光栅的光谱实验中发现反射光谱存在缺级的异常现象,其实这是最早与表面等离子体激元(S u r f a c e p l a s m o n p o l a r i t o n s ,S P P s)有关的实验发现,但当时人们对其本质并不清楚.直到１９４１年,F a n o 等人根据金属和空气界面上表面电磁波的激发解释了W o o d 的异常实验现象.１９５７年,R i t Ｇc h i e 在实验中发现电子在穿过金属薄膜时会发生能量吸收峰 现象,他通过计算解释了这种现象的成因,并第一次提出了 等离子体激元 这一概念.１９９８年,E b b e s e n 小组发现光在通过金属薄膜上二维亚波长孔径阵列时,光强远高于按照经典衍射理论所计算的结果,这种超透射现象是因为金属孔径阵列引起的表面等离子体激元增强效应.表面等离子体激元是由入射光子引起金属表面自由电子共振而产生沿金属表面传播的金属电子疏密波.它是存在于金属表面的一种非辐射局域电磁模式,其具有表面局域和近场增强的特性.随着纳米加工技术的日趋成熟,通过金属表面的结构来改变表面等离子体激元的特性,成为研制新型光子学器件的新途径.１㊀金属光栅耦合理论表面等离子体激元是金属－介质界面的传播的电磁波,其规律服从麦克斯韦方程组结合边界条件,可以解出TM 偏振光波下S P P s 在界面上的色散关系为k s p ＝k ０㊀ε１ε２ε１＋ε２(金属介电常数e １和介质介电常数e ２).研究表明:一方面只有用TM 波照射金属－介质界面时,S P P s 才能被激发;另一方面相同频率情况下,S P P s 的波矢量要大于自由空间中光子的波矢量,即在光滑的金属表面上不能用入射光直接照射的方式激发S P P s .所以S P P s 的激发需要特定的条件,其激发方式主要由棱镜耦合㊁光栅耦合以及近场激发等方式.光栅耦合利用光栅结构的衍射光引入一个额外的波矢量的增量k g 就可以实现入射光与SP P s 波矢量的匹配.如图１所示在金属薄膜表面部分区域写入衍射光栅,当入射电磁波到达光栅表面时,其动量水平分量发生改变,横向波矢量k x ＝k s i n θ＋k g ＝k s i n θ＋２n π/D (θ为入射角),当满足k x ＝k S P 条件时就会激发S P P s 波.总之,入射光波的衍射场进行傅里叶分解包含有各个大小的分量,那些大于真空中波矢量的成分多数都不能向前传播很快衰减;只有满足S P P s 波矢量条件的能激发S P P s 波而发生能量转换.图１㊀光栅衍射激发S P P s 示意图目前常用于S P P s 激发的光栅结构包括狭缝光栅㊁凹槽光栅㊁啁啾光栅㊁孔径阵列结构以及各种形状的颗粒阵列.２㊀金属纳米狭缝光栅聚焦调控传统光学透镜通过弯曲表面具有折射率对比产生光的折射从而实现光束整形,类似地由于金属光栅结构的材料与几何外形等参数都可以自由设定,因而对光路进行有效调控从而实现光束的聚焦.图２㊀(a )金属狭缝结构图;(b)光场强度分布入射光照到金属狭缝时,由于狭缝的宽度远小于入射波长,出射狭缝可以看作新的点波源,不同长度狭缝对光波的位相改变不同.在金属膜上刻有等间隔的纳米狭缝光栅,当缝长按照从中间向两边依次递减,使狭缝阵列端口形成内凹,如图２所示该金属结构光束聚焦明显.与介质透镜比较,金属纳米缝阵列没有因为光在弯曲表面折射和全反射而引起能量损耗,可看做纯相位元件.利用金属狭缝阵列负折射性质和相位调制实现波前塑形,还可以调控金属狭缝光栅的缝宽㊁缝深以及狭缝的间距等.３㊀S P P s 聚焦特性的应用３．１㊀超分辨成像传统光学成像始终受限于衍射极限,导致光学成像分辨率只有入射光波长的二分之一.因为携带高于现代商贸工业２０２０年第６期１８７㊀作者简介:孙延庆(１９７５－),男,湖南吉首人,工程师,从事部队疗养院营房管理及工程施工管理.衍射极限信息的波矢量大于光在自由空间的波矢量,使得这部分光只能以倏逝场的形式传播,无法将信息传递到像平面,导致物体精细结构成分的丢失.借助金属纳米光栅结构负折射性质可将倏逝场成指数增加,从而实现金属透镜的超分辨成像.利用S P P s 超分辨成像的光刻技术,使光子器件的尺寸达到亚波长级,可以与电子器件相匹配连成光电集成回路,光电集成在信息传输过程中具有速度快,容量大,损耗小等特点.３．２㊀生物传感在光纤纤芯内写入长周期光栅,将芯内的模式在某一特定波长转化成包层高阶模,使高阶模与等离子体的相位实现匹配,可以把消逝波转换为传输波,从而把物体的亚波长信息传送到远场,实现超越衍射极限的放大成像.表面等离子体成像技术能直观㊁实时地监测分子相互作用的动力学过程,如D N A 杂交,蛋白质分子相互作用分析等.基于S P P s 的传感器具有灵敏度高,速度快,清晰度高等特点,在化工化学㊁生物医疗和环境检测等方面有巨大的应用价值.３．３㊀纳米激光器在半导体激光器的出射面上制作金属微纳光栅,电子空穴对(激子)被外界能量泵浦激发后,在激子能级跃迁的复合过程中,靠近金属表面的电子跃迁更多地耦合成表面等离子体激元,产生相干强没有辐射损耗的光子,可以直接对激光器发出的光束进行准直与整形,使光的发散度大大降低.由于该模式耦合成为S P P s 的自发辐射,没有向外界辐射光子,因此可以提供噪声很小的光学放大和较大的损耗补偿.４㊀结束语亚波长金属光栅结构可将光压缩为二维表面等离子波,近场区域的倏逝波汇聚而增强的特性和突破衍射极限的超聚焦技术,使得有关金属结构的表面等离子体的研究备受关注.如何利用S P P s 设计新型高效的纳米光子学器件和如何降低S P P s 波导传输损耗是未来需要深入研究的课题.随着纳米技术的蓬勃发展,S P P s 在高密度存储㊁新型光源和能源㊁亚波长光学等领域具有广阔的应用前景.参考文献[１]王伟．二维亚波长周期结构光子器件研究[D ]．南京:南京邮电大学,２０１３．[２]王雪飞,卢振武,王泰升,等．超表面上表面等离激元波的光栅衍射行为研究[J ]．中国光学,２０１８,１１(１):６０Ｇ７３．[３]史林兴,何建明,汤炳书．非周期三角光栅表面等离子体激元透镜研究[J ]．激光与红外,２０１１,４１(１１):１２３５Ｇ１２３９．[４]B a r n a r dD K ,B o z h e v o l n y i SI ．P l a s m o n i c sb e yo n d t h ed i f f r a c t i o n l i m i t [J ]．N a t u r e p h o t o n i c s ,２０１０,(４):８３Ｇ９１．[５]雷建国,刘天航,林景全,等．表面等离子体激元的若干新应用[J ]．中国光学与应用光学,２０１０,３(５):４３２Ｇ４３９．[６]陈泳屹,佟存柱,秦莉,等．表面等离子体激元纳米激光器技术及其应用研究进展[J ]．中国光学,２０１２,５(５):４５３Ｇ４６３．分散营区营房维修协同管理的可行性研究孙延庆(临潼康复疗养中心,陕西西安７１０６００)摘㊀要:我国军队体制的发展不断进步,军队内的编制改革逐渐深入,军队的营房发展越来越节约并逐渐形成了行业规范,并且向着专业化的方向发展.对部队内分散的营区和营房进行有效管理和维修是部队内营房发展的重点和难点,营房的规范化和有序化,对于基层部队的训练和日常生活有重要意义.对此,将主要分析在当前情况下逐步推行协同管理的重要性和当今的现状,并分析实施协同管理是否具有可行性.关键词:分散营区;营房维修;协同管理中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j ．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０２０．０６．０９３㊀㊀建设好现代的营房是提高部队竞争力的有效保障之一.随着当今科学技术发展越来越壮大,我国部队管理也逐渐向信息化的方向发展,营区营房不再采用过去的谁住就是谁管的这种模式,加之分散开来的营区管理工作最主要的难点为营区的位点多㊁服务的线较长而且需要保障的范围大,如果继续沿用过去的模式,就会导致分散营区的管理松散和营房的使用度超过其本身的承受能力,进而还可能会导致营房维修的成本太高,从而无法帮助部队训练工作的高效进行.１㊀协同管理的提出我国对于营房和分散营区等方面的问题进行了多年的探索和研究,有人提出可以将部队的分散型营房中部分不涉及军队秘密的分营房维修的任务和部队管理分开,实行便于管理的物业管理模式;还有人提出集中后勤部门所有的人力资源㊁物力资源和财力资源,以提高营区营房的经济效益,保证维修管理.最终综合所有提议,提出了 协同管理模式 ,也就是在充分利用部队给营房维修提供的有限费用的同时利用营房所在当地的数字信息和资源,以及营房所处部队的专业优势,采用承包和竞争的方式,将部分营房的维修交由地方的承包商管理,这样既节省了成本㊁提高了营房维修的经济效益,还有助于部队后勤保障工作的有序进行,此种模式还实现了军队和民资的融合,为军队营房的建设提供了重要的支持力量.２㊀我国营区营房的管理现状２．１㊀规划管理无序我国随着世界前进的步伐迈入了新时代,部队也随之进入了建设的新时期,部队营区营房的管理和维。

第20卷第10期强激光与粒子束Vo l .20,No .10 2008年10月HIGH POWE R LAS ER AND PARTICLE BEAMS Oct .,2008　文章编号:　1001-4322(2008)10-1629-04亚波长介质偏振分束光栅的衍射特性＊赵华君(重庆文理学院电子电气工程学院,重庆402160) 摘　要:　采用严格耦合波理论并结合矩阵L U 分解法,分析了亚波长介质光栅的刻槽深度、占空比、入射角、入射波长等参数对T E 偏振和T M 偏振0级衍射效率的影响。

结果表明:在1550nm 波长处,出现瑞利反常现象。

由此提出利用瑞利反常现象设计工作波长为1550nm 的偏振分束光栅,通过优化设计确定了最佳设计参数,即光栅周期为λ0/2,瑞利入射角为30°,刻槽深为0.9λ0,占空比为0.5。

结果表明,参数优化后的偏振分束光栅可以使T E 偏振0级反射波和T M 偏振0级透射波同时达到近100%的衍射效率。

关键词:　二元光学;　亚波长介质光栅;　衍射特性;　严格耦合波理论;　偏振分束器;　瑞利反常 中图分类号:　O 436.3;　O636.1 文献标志码:　A 偏振光分束器是光开关网络、光存储器、光环形器、光隔离器等光学组件中的核心器件,在光纤通信、光学计算、图像处理等领域有着广泛的应用[1-3]。

传统的偏振光分束器通常由双折射晶体或多层介质膜等具有二向色性的物质构成,这些器件通常体积大、效率低,无法满足光学系统小型化、集成化和高效化的要求。

近年来,随着电磁理论和微加工技术的深入发展,研究人员逐渐发现亚波长光栅(入射波长小于光栅周期)具有优良的偏振衍射特性[1-5],可以实现偏振、分束、增透、高反、窄带滤波等功能,且具有体积小、效率高、易集成等优点,受到人们的广泛关注。

分析亚波长光栅的衍射问题必须采用严格矢量衍射理论,常用的严格矢量理论主要有积分法[6]、微分法[7]、模式法[8]和耦合波法(RCWA )[9-11]等。

亚波长光栅光学一、概述亚波长光栅光学是一种新型的光学技术，可以在纳米级别上对光进行调控，具有广泛的应用前景。

其基本原理是利用亚波长级别的周期性结构来实现对光的衍射和干涉，从而达到对光学信号进行调控的目的。

二、亚波长光栅的制备1. 电子束曝光法电子束曝光法是一种高精度制备亚波长光栅的方法。

它利用电子束在样品表面扫描，通过控制电子束束径和扫描速度等参数来实现对样品表面进行局部曝光，形成亚波长级别的周期性结构。

2. 原子层沉积法原子层沉积法是另一种常用于制备亚波长光栅的方法。

它利用化学反应将材料原子逐层沉积在基底上，在不同层之间形成亚波长级别的周期性结构。

三、亚波长光栅在传感器中的应用1. 全息显微镜传感器全息显微镜传感器利用亚波长光栅制备的光学元件，可以实现对生物样品的高分辨率成像。

其原理是将样品置于亚波长光栅上方，利用样品对光的散射和衍射产生干涉图案，再通过光学系统进行成像。

2. 光纤传感器光纤传感器利用亚波长光栅制备的光纤端面，可以实现对环境参数如温度、压力等的高精度测量。

其原理是将亚波长光栅制备在光纤端面上，当外界环境参数改变时，会引起反射信号的相位和幅度变化，从而实现对环境参数的测量。

四、亚波长光栅在信息存储中的应用1. 全息存储全息存储利用亚波长光栅制备的全息片来实现信息存储。

其原理是将信息通过激光束记录到全息片上，在读取时再通过激光束进行解码。

2. 全息显微镜全息显微镜可以通过亚波长级别的周期性结构来实现高分辨率成像。

其原理是将样品置于亚波长级别的周期性结构上方，利用样品对光的散射和衍射产生干涉图案，再通过光学系统进行成像。

五、亚波长光栅在光通信中的应用1. 光纤光栅滤波器光纤光栅滤波器利用亚波长级别的周期性结构来实现对特定波长的光进行滤波。

其原理是将亚波长级别的周期性结构制备在光纤上，当特定波长的光经过时会发生衍射，从而实现对该波长的滤波。

2. 全息显微镜传输全息显微镜传输利用亚波长级别的周期性结构来实现高速、高带宽的信号传输。

亚波长金属光栅偏振器制备技术研究杨江涛，王健安，王 银，胡 啸（太原科技大学电子信息工程学院，山西太原030024）摘要：亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性，采用严格耦合波法设计并制作了一种柔性双层金属光栅偏振器，通过纳米压印技术在方形的PC（Polycarbonate，聚碳酸酯）上制备了周期为278nm，深度为110nm，占空比为0.5的亚波长光栅，通过磁控溅射技术在制作的介质光栅上沉积了70nm的金属铝层，制作了具有双层金属结构的柔性双层金属光栅偏振器，并用光谱测试系统进行了简单的性能测试。

实验结果表明，当入射光波长范围在350～800nm时，制作的柔性双层光栅偏振器偏振特性优良，且具有非常高的透过率和消光比，分别高达48%和100000。

该制作工艺只由纳米压印和金属蒸镀完成，省去了复杂的涂胶、剥离及刻蚀，因此在大批量生产偏振器方面具有很明显的优势，可普遍用于光探测器件、光电开光等半导体光电子器件的制作过程。

关键词：柔性；光栅偏振器；TM透射效率；消光比中图分类号：TH706 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2021)01-0008-05 Fabrication Technology of a Subwavelength Metal Grating PolarizerYANG Jiangtao，WANG Jianan，WANG Yin，HU Xiao(School of Electronics Information Engineering, Taiyuan University of Science & Technology, Taiyuan 030024, China)Abstract: Sub-wavelength periodic grating has special characteristics that are lacking in traditional grating. In this study, a flexible double-layer metal grating polarizer is designed and fabricated using a strict coupled wave method. Through nanoimprinting technology, sub-wavelength grating with a period of 278nm, depth of 110nm, and duty cycle of 0.5 is prepared on a square polycarbonate (PC). A 70nm metal aluminum layer is deposited on the fabricated dielectric grating by magnetron sputtering, and a double-layer metal structure is fabricated. A flexible double-layer metal grating polarizer is developed, and the performance of the polarizer is tested using a spectrum measurement system. Experimental results showed that when the wavelength range of the incident light was 350-800nm, the flexible double-layer grating polarizer had good polarization characteristics. The polarized light transmission efficiency and extinction ratio were as high as high as 48% and 100000, respectively. The manufacturing process involves only nanoimprinting and metal evaporation processes and thus excludes coating, stripping, and etching of the imprint adhesive. Therefore, our method exhibits evident advantages in terms of low-cost and batch production of large-area polarizers and thus can be widely used in the manufacturing process of semiconductor optoelectronic devices such as optical-detection and optoelectronic devices.Key words: flexible, wire-grid polarizer, TM transmission efficiency, extinction ratio0引言由两条金属线通过溅射的方式形成了一组窄缝，这组窄缝的距离小于入射光的波长，这就形成了亚波长金属光栅偏振器，它的体积属于纳米级别，但其偏振性能却非常好且容易集成，因此它被广泛应用于光通讯及液晶显示屏的制造中。

亚波长介质光栅的导模共振效应特性研究以《亚波长介质光栅的导模共振效应特性研究》为标题，在本文中我们将对导模共振效应（MRO）在亚波长介质光栅上的特性进行研究，以期为相关领域提供简单有效的理论分析方法。

首先，我们将简要地介绍介质光栅以及它在光子学领域中的重要性。

介质光栅是指在一种特殊的介质中，使用特殊的光振荡器来反射，分散和吸收光，以用于对光的加强和控制。

它是光子学研究中的重要技术，因为它具有振荡力，抗衡力，调制力和干涉力等广泛的特性，能够有效地控制和分散光，从而实现多种智能功能，如光纤通信，传感器,光切割，光调制等。

接下来，我们将讨论导模共振效应（MRO）在亚波长介质光栅上的特性，并建立一个简单有效的理论分析模型。

MRO是指在介质光栅中，激发一个超衍射状态下，光调制模板（特征长度大于亚波长）具有被动激励的现象，它会限制光的转折和损耗，并产生光的强度，这种现象的本质是由于介质光栅的特性决定的，可以用一个更简单的分析模型来进行解释。

此外，我们结合理论仿真和实验结果，将进一步研究亚波长介质光栅上MRO效应的特性，并且分析其受强度、调制深度、偏振性等影响因素的响应行为，以期为相关领域的应用提供参考。

此外，还将通过调制参数的调节，研究MRO的控制能力，以达到智能控制的目的，并分析控制后的调制效果，如发射斑块的大小及态的形状等。

最后，本文总结了亚波长介质光栅的导模共振效应的基本特性，分析了受强度、调制深度、偏振性等影响因素的响应行为，研究了MRO控制后的调制效果，提供了对MRO相关应用有益的理论分析方法。

最后，本文还对将来的研究方向提出了展望，以探索更多有关MRO效应的科学内容。

总之，在本文中，我们研究了亚波长介质光栅上导模共振效应（MRO）的特性，并建立了一个简单有效的理论分析模型，研究了MRO 的响应行为，以及控制后的调制效果。

本文提出的理论分析方式可以为相关领域的实际应用提供参考，为将来更深入的探索亚波长介质光栅的导模共振效应奠定基础。

光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究摘要：本文主要研究了光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的应用。

随着光通信技术的不断发展，传输速度越来越快，频率也越来越高，因此亚波长光栅分束器在光通信系统中的应用变得越来越重要。

本文首先介绍了亚波长光栅的基本原理及结构，同时详细阐述了亚波长光栅分束器在光通信系统中的应用以及优势。

其次，本文介绍了屋形谐振腔的基本原理及结构，详细阐述了屋形谐振腔在光通信系统中的应用。

最后，本文对亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究进行了总结，并对光通信系统的发展前景进行了展望。

关键词：光通信、亚波长光栅、分束器、屋形谐振腔、发展前景1.引言光通信技术是一种高速、高带宽、光纤传输的通信方式，具有传输距离远、可靠性高、安全性好等特点。

随着互联网的不断发展和普及，光通信技术的应用越来越广泛。

然而，光通信技术也面临着许多挑战。

其中之一就是光信号的分离和合并问题。

为解决这一问题，亚波长光栅分束器和屋形谐振腔应运而生。

2.亚波长光栅分束器2.1 亚波长光栅的基本原理及结构亚波长光栅是一种具有高反射率、高吸收率和低损耗的反射性光栅。

其结构类似于干涉仪，由不同折射率的材料组成。

亚波长光栅的周期远小于光的波长，因此可以反射出不同波长的光。

其反射率与材料的折射率、厚度和周期有关。

2.2 亚波长光栅分束器在光通信系统中的应用亚波长光栅分束器可以将光信号分离出不同波长的光，进而实现信号的传输和接收。

其主要应用于光纤通信、光子计算和光子芯片等领域。

由于其具有较高的反射率和低损耗，因此在光通信系统中发挥着重要的作用。

2.3 亚波长光栅分束器的优势亚波长光栅分束器具有较高的反射率和低损耗，不仅能够实现波长分离，还具有较高的扩展性和灵活性。

此外，它还能够进行精确的波长调谐，可以满足不同波长的信号处理要求。

3.屋形谐振腔3.1 屋形谐振腔的基本原理及结构屋形谐振腔是一种具有较高的Q值和较低的模式容积的谐振腔。

简述亚波长光栅到超构光栅从基于传统几何光学元件如棱镜、透镜等实现光束方向改变或聚焦，到基于光学衍射元件如菲涅尔透镜、衍射透镜等实现光束的波前调制，在这其中，周期性结构光栅发挥着重要作用，利用衍射光栅的多级次衍射现象，如图1（a）所示，尤其是随后延伸而来的闪耀光栅、达曼光栅、中阶梯光栅等的出现，带来了许多高效及新颖的光束调控光学器件，并应用于光谱仪、滤波器、光热吸收器等不同光学器件上。

但是，传统的几何及衍射光学元件对光束的操控都依赖于材料的折射率及传输过程的相位积累实现，一方面，这导致光学元件不利于扩展到集成应用和微纳应用；另一方面，只能实现电磁波的相位和振幅在自由空间的调控，限制了其应用潜能和范围。

图1：不同尺度下的介质光栅(a)衍射光栅；(b) 共振 (亚波长) 光栅；(c) 等效介质薄膜随着微纳光子学的发展及其制备技术的进步，微纳尺度的光学结构如光学微腔、波导结构、光子晶体、超构表面等能够在微纳尺度实现对光的传输与调制，推动了光子学集成化的发展。

为了满足应用需求而随之发展的严格分析理论和设计机理促进了光束调控效率和性能等指标的提高。

在其中，称周期常数小于工作波长的周期性光栅为亚波长光栅，如图1（b）（c）所示。

随着共振现象的发现与严格电磁波理论方法的发展，科学家们广泛地研究了亚波长光栅的独特特性，并将亚波长光栅应用于各种光学器件的设计中，逐渐形成了光栅分析模型的成熟理论体系。

近20年来，由亚波长人工设计原子 (meta-atoms) 构建的超构材料(meta materials) 的发现带来了与自然材料所不具有的现象和功能，如负折射、隐身等等。

进一步，将超构原子在二维上排列所组成的超构表面(metasurfaces)，则因其超薄的平面结构和丰富的光束调控特性而备受关注。

通过对金属微纳天线或介质颗粒及柱形结构的散射特性研究与结构设计，可以对传输电磁波在振幅、相位、偏振甚至频率等各个自由度进行任意调制，并将这种微纳结构应用到各种光学元件中。

目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2 亚波长光栅相位延迟器综述 (2)1.2.1 亚波长光栅简介 (2)1.2.2 消色差相位延迟器简介 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.4 本文研究意义及主要内容 (10)1.1.4 研究意义 (10)1.4.2 主要内容 (11)第二章亚波长光栅分析理论研究 (13)2.1光栅的衍射理论 (13)2.2 金属/介质膜光栅的严格耦合波分析 (14)2.2.1 矩形光栅区介电常数的展开 (14)2.2.2 单个矩形光栅严格耦合波模型 (17)2.2.3 多层介质膜光栅严格耦合波模型 (21)2.2.4相位延迟器的相位差 (21)2.3亚波长光栅的优化设计 (24)2.3.1 遗传算法 (25)2.3.2 适应度评价函数 (26)2.4 本章小结 (27)第三章单层亚波长光栅宽光谱消色差相位延迟器的设计 (28)3.1 设计优化 (28)3.2 特性分析 (29)3.3 工艺容差分析 (30)3.4 本章小结 (31)第四章夹层式金属介质膜光栅宽光谱消色差相位延迟器的设计 (33)4.1设计优化 (33)4.2 特性分析 (34)4.3 工艺容差分析 (35)4.4 本章小结 (37)第五章多层金属介质膜光栅宽光谱消色差相位延迟器的设计 (38)5.1 设计优化 (38)I5.2 特性分析 (39)5.3 工艺容差分析 (41)5.4 本章小结 (43)第六章总结与展望 (44)6.1 论文工作总结 (44)6.2 工作展望 (45)参考文献 (47)攻读学位期间的研究成果 (54)致谢 (55)学位论文独创性声明、学位论文知识产权权属声明 (56)II第一章绪论1.1引言光波是以电磁波的形式传播，其中电磁波一般只能传播TE波或者TM波，TE波的电场是横向的，不存在纵向分量，但磁场存在纵向分量；而TM波的磁场是横向的而电场存在纵向分量。

相位延迟的产生是由于光波在透过具有二相性或者多向性的介质时，两束偏振光束的相位发生偏移不同步的现象。

亚波长光栅的原理及应用亚波长光栅是一种特殊的光学元件，其工作原理是基于亚波长结构的作用，能够在非常小的体积内实现高效率的光学功能。

在亚波长光栅中，光通过光栅发生衍射，产生干涉效应，从而实现对光的操控。

它的应用非常广泛，包括传感领域、信息处理、光学器件等。

亚波长光栅的原理主要基于两个重要概念：光的衍射和亚波长结构。

光的衍射是指光通过光栅时发生的现象，由于光波的特性，当它遇到物体时会发生弯曲和折射，从而形成光的衍射。

光经过光栅后，有部分光正好符合相长干涉的条件，使得光在某些方向上增强，形成明亮的光斑，而在其他方向上出现相消干涉，形成暗斑。

这样的光栅被称为衍射光栅。

亚波长结构是指光栅的周期小于光波长的情况。

当光栅的周期比光波长小得足够多时，可以出现一种称为“超衍射”的现象。

超衍射是指当光波通过亚波长结构时，会发生比传统衍射更强烈的光的折射和散射现象。

这种折射和散射可以使得光束在非常小的体积内实现高度分辨率的光学功能。

亚波长光栅的应用非常广泛：1. 传感应用：亚波长光栅可以用于制造传感器，例如温度传感器、化学传感器等。

由于亚波长光栅具有高分辨率的优势，可以用来检测微小变化，从而实现对各种环境变量的精确测量。

2. 信息处理：亚波长光栅可以用于制造光学芯片，可以实现光学信号的处理和传输。

这种光学芯片可以用于光纤通信、光学计算等领域，具有传输速度快、信息处理能力强等优势。

3. 光学器件：亚波长光栅可以用于制造各种光学器件，例如偏振器、分光镜等。

这些光学器件可以用于改变光的偏振状态、分离不同频率的光等，实现对光的精确操控。

4. 成像技术：亚波长光栅可以用于制造高分辨率的成像器件，例如衍射光栅、光学透镜等。

这些器件可以用于改善成像质量、增加成像分辨率，对于医学成像、高清摄影等应用具有重要意义。

总结来说，亚波长光栅是一种基于亚波长结构的光学元件，能够在非常小的体积内实现高效率的光学功能。

它的原理是基于光的衍射和亚波长结构的相互作用。

实验25亚波长⾦属光栅透射光谱的测量实验三⼗亚波长⾦属光栅透射光谱的测量⼀、实验内容与⽬的1. 了解亚波长⾦属结构中等离激元激发原理和透射增强现象。

2. 了解和掌握光栅光谱仪的测量原理和应⽤。

3. 掌握针对微区样品的透射光谱测量技术。

⼆、实验原理概述（⼀）亚波长⾦属孔阵列的等离激元激发⾦属可以看成由固定的正电荷离⼦实以及在正电荷背景下运动的⾃由电⼦所组成的等离⼦体系统。

这些⾃由电⼦的浓度很⾼，通常为1023个/cm 3。

在外部交变电场作⽤下，⾃由电⼦的局域密度会发⽣起伏变化，形成电⼦密度振荡。

这种电荷振荡与外界的⼊射的电磁场耦合，可以激发出⼀种的特殊的表⾯电磁模式。

⽤固体物理中的元激发概念或者准粒⼦来描述，这就是表⾯等离极化激元（surface plasmon polariton ，SPP ） [1]。

其电场分布E z 和沿表⾯向两侧介质中（⾦属中距离m δ，介质中距离d δ）衰减特性如图3.25所⽰。

图3.25 等离激元的电场形式作为⼀种表⾯电磁模，SPP 具有⽐介质中光波更⼤的波失x k = （3.12）式中，A ε和B ε分别代表⾦属和介质的介电常数。

因此，想要通过⼊射光来激发SPP 表⾯模，需要⼀些特殊的结构设计。

亚波长周期⾦属孔阵就是其中⼀种，它通过周期结构在倒空间提供的倒格⽮?可以补偿⾃由空间光波light k 与SPP 的波失SPP k 之差，从⽽实现两者的耦合（图3.26）。

图3.26 ⽤周期产⽣倒格⽮补偿来实现空间光与表⾯等离激元模的耦合直线1/21=/(1)p ωωε+表⽰表⾯等离激元振荡频率，虚线1/21/ck ωε=表⽰⾃由空间光的⾊散曲线，1ε表⽰⾃由空间介电常数，p ω表⽰等离⼦体频率周期孔阵结构通常还可以看成是⼀种⼆维振幅型光栅。

但是，普通的⽤于分光的衍射光栅需满⾜两个条件：第⼀，光能够⾃由通过光栅空洞（针对⼆维孔洞结构⽽⾔）；第⼆，满⾜光栅⽅程sin d k θλ=（0,1,2,k =±±）。

基于TiO_(2)的近红外大数值孔径、高聚焦效率、高透射率会
聚透镜
李真;牛慧娟;高松;范鑫烨;段晓峰;黄永清
【期刊名称】《聊城大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(37)1
【摘要】利用相位调控原理设计了一种基于TiO_(2)材料的具有非周期同心圆环形高折射率差亚波长光栅结构的会聚透镜,可实现大数值孔径、高聚焦效率、高透射率、低损耗特性,同时具有体积小、易集成的优点。

采用时域有限差分法对提出的透镜结构进行仿真和分析,工作波长为850 nm时,该透镜透射率为90.5%,焦距约为10.4 m,焦斑的半高全宽为0.61 m。

通过对仿真得到的数据进行分析,可得数值孔径为0.92,聚焦效率高达91.07%,损耗为0.41 dB,平衡了高数值孔径与高聚焦效率之间的矛盾,可在小器件直径下接近衍射极限实现点会聚效果。

【总页数】7页(P16-22)
【作者】李真;牛慧娟;高松;范鑫烨;段晓峰;黄永清
【作者单位】聊城大学物理科学与信息工程学院;聊城大学山东省光通信科学与技术重点实验室;北京邮电大学信息光子学与光通信重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN214;O436
【相关文献】
1.高数值孔径聚焦光穿过一个固体薄膜过渡区的远场衍射
2.高次方涡旋光束经大数值孔径透镜的聚焦特性
3.拉盖尔高斯径向偏振光高数值孔径聚焦特性
4.轴对称光束高数值孔径聚焦性质及应用
5.近红外区高透射率In_2O_3:W透明导电氧化物薄膜的研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

非周期超晶格的光透射性质及光波导网络的多通道滤波性
质研究的开题报告
一、研究背景
随着纳米材料制备技术的不断发展，非周期性超晶格逐渐成为一种新颖的材料结构，具有许多优异的光学性质。

非周期性超晶格由一系列不同形状或大小的纳米体组成，这些纳米体排列方式不规则，呈现出非周期性。

此外，光波导网络也是一种重要的光学器件，可以用于光学传输和信息处理。

在光波导网络中，滤波器是非常重要的组成部分，能够实现多波长信号的分离和选择。

因此，本研究将重点研究非周期性超晶格的光透射性质以及光波导网络的多通道滤波性质，旨在探究其理论与应用。

二、研究内容
1.建立非周期性超晶格的光透射性质模型
通过建立数学模型，研究非周期性超晶格中光的传播规律，并对其光透射性质进行可视化分析，探究光在非周期性超晶格中的散射、反射、透明等特性。

2.设计并模拟光波导网络的多通道滤波性质
根据光波导网络的基本原理和光的波动性，设计多种不同形式的光波导网络，并模拟其多通道滤波性质，在光传输和信息处理等领域中应用。

三、研究意义
本研究将为光学器件和材料的设计与制造提供基础理论支持，有助于开发高性能、功能多样的光学器件，促进纳米材料在光学领域中的应用发展。

同时，本研究还对光
信息处理和光通信等领域具有广泛的应用前景。

四、预期结果
通过建立非周期性超晶格的光透射性质模型，将得到非周期性超晶格中光的传播规律，并对其光透射性质进行系统的分析和可视化，在进一步研究光学器件和纳米材
料时提供实用的依据。

同时，成功设计并模拟多通道滤波光波导网络，将在光学传输和信息处理等领域有重要的应用和发展前景。