一种新型微结构高灵敏度光纤温度传感器

为实现高精度温度检测,提出一种基于飞秒激光微加工的新型光纤温度传感器的制备方法。利用波长为780nm的飞秒激光脉冲在刻写有光纤布拉格光栅(FBG)的单模光纤(SMF)包层上加工槽状微结构,通过磁控溅射的方法在其表面沉积温敏薄膜,从而制备一种光纤温度传感探头。理论分析了环状微结构镀膜实现温度增敏的工作机制,通过温度实验讨论了不同微结构镀膜对温度增敏效果的影响。实验结果表明,在FBG包层上单纯加工槽状微结构(无镀膜),对温度的灵敏度影响不大,基本上不改变光栅中心波长随温度变化的趋势;加工槽状微结构后再沉积敏感薄膜,可明显提升传感器的温度灵敏度,其中环状膜层较镀膜螺纹膜层微结构的增敏效果更加明显,其灵敏度可达21.37pm/℃。     

多层膜沉积对光栅衬底槽形影响研究

衍射效率的高低是衡量极紫外多层膜光栅的最重要指标.为实现高衍射效率,必须发展合适的多层膜沉积方法,以确保在镀膜过程中光栅衬底的槽形不发生变化.针对极紫外波段所采用的矩形光栅衬底,对其镀膜过程中的槽形变化进行了考察.结果表明,多层膜周期数对保持光栅槽形至关重要.对于槽深在2～5 nm的极浅槽深矩形光栅,为确保光栅槽形不发...     

光通信波段亚波长光栅偏振器的设计与分析

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性。基于矢量衍射理论-耦合波分析法对矩形亚波长光栅的衍射效率进行了理论计算,针对光通信中的1 550nm波长设计了一种基于SOI衬底的亚波长偏振光栅,分析了光栅周期、光栅深度、占空比和光栅结构的变化对其偏振特性的影响。仿真结果表明,当光栅的周期为960nm,槽深为230nm,占空比为24%时,可使TM模式的透射率大于95%,TE模式的透射率小于5%,且矩形的光栅结构相对于三角形和圆形的光栅结构具有更好的偏振性能,可有效用于光开关、光隔离器、激光器、光探测器等半导体光电子器件。     

溅射法制备ZnO薄膜结构及光学特性

采用直流磁控溅射镀膜工艺在玻璃基片上沉积了具有良好c轴择优取向的znO薄膜.用组合式多功能光栅光谱仪测得透光率均在85%以上;用AXRF分析了退火前后薄膜的物相,并用原子力显微镜分析了薄膜的表面形貌.样品通过空气中退火,薄膜结晶质量明显提高,晶粒有所长大,取向更加一致.在室温下用荧光分光光度计分析了薄膜的发光特性,观测到明显的紫外光发射(波长为386 nm)和波峰为528nm的一"绿带"宽峰.紫外发射是由于导带和价带之间的电子跃迁,宽峰是源于晶体的缺陷.     

大功率射频板条CO_2激光器电极波导介质膜研究

针对高功率射频板条CO2激光器铜电极表面放电氧化、受射频放电的电子溅射,致使电极表面不光滑,辉光放电不均匀,光波导损耗严重等问题。利用Al2O3波导介质膜具有的反常色散效应、耐高温能力强的特点,采用磁控溅射镀膜技术对激光器电极表面先镀Al,而后阳极氧化获得Al2O3波导介质膜。分析了磁控溅射工艺对膜层结构的影响,测量了镀膜电极对CO2激光的反射率,并进行了放电实验检测。结果表明,溅射功率为250 W时可得到致密的镀膜层结构;厚度6μm的Al2O3薄膜,对波长10.6μm的CO2激光波导反射率最高达75%;电极镀膜后激光器输出功率在占空比为30%时为700 W,占空比为60%时达到了1300 W。     

亚波长抗反射光栅的设计

设计了一种具有波长和偏振模式选择特性的GaAs材料的亚波长抗反射光栅,工作波长为976nm。采用等效介质理论与薄膜理论对光栅进行初步设计,基于严格耦合波法依次对光栅占空比、脊高和周期进行优化确定,同时分析了各个参数对光栅透射率的影响。所设计的抗反射光栅分别具有99.99%(横电模)和99.86%(横磁模)的高透射率,并且在976nm±30nm的范围内保持99%以上的高透射率,满足器件应用要求。最后研究了工艺误差导致的光栅非矩形形貌对光栅透射率以及偏振优势模式的影响。     

纳米Mo膜的光学特性及最小连续膜厚研究

利用Lambda-900分光光度计，在波长为310～1250nm范围内测量了离子束溅射沉积不同厚度纳米Mo膜的反射率和透射率。选定波长为310nm，350nm，400nm，500nm，550nm，632nm，800nm，1200nm时对薄膜的反射率、透射率和吸收率随膜厚变化的关系进行了讨论。实验结果显示，纳米Mo膜的光学特性有明显的尺寸效应。提出将薄膜对光波长为550nm时的反射率和透射率随Mo膜厚度变化关系的交点对应的厚度作为特征厚度，该厚度可认为是纳米Mo膜生长从不连续膜进入连续膜的最小连续膜厚。利用原子力显微镜(AFM)观测膜厚在15．76nm时的表面形貌，此时表面形貌已呈现连续膜的特征。     

亚波长表面正弦介质光栅的高反射特性

用扩展边界条件法研究了亚波长表面正弦形介质光栅中的电磁场分布及其各级衍射效率。计算结果表明,在适当的参数条件下,表面正弦光栅具有全反射的特性,在一个较宽的带宽范围内实现了99．9％的高反射。     

并五苯场效应管的电学特性

介绍了用高真空中热蒸发镀膜的方法制备并五苯薄膜场效应晶体管.作为场效应管半导体层的并五苯薄膜沉积在p型Si(100)(14.0～20.0 Ω·cm)衬底上.场效应管中并五苯薄膜厚度为70nm,源极、漏极和栅极(Au)的厚度均为50nm,绝缘层SiO2的厚度为300nm,沟道宽度为190μm,沟道长度为15μm.用AFM表征了并五苯薄膜表面形貌,并研究了薄膜生长速率对并五苯场效应晶体管电学特性的影响.在薄膜生长速率为0.24和1.36 nm/min时,场效应管的载流子迁移率分别为2.7×10-4和2.2×10-6 cm2/(V·s).     

并五苯场效应管的电学特性

介绍了用高真空中热蒸发镀膜的方法制备并五苯薄膜场效应晶体管. 作为场效应管半导体层的并五苯薄膜沉积在p型Si (100) (14.0～20.0Ω·cm）衬底上. 场效应管中并五苯薄膜厚度为70nm，源极、漏极和栅极（Au）的厚度均为50nm，绝缘层SiO2的厚度为300nm，沟道宽度为190μm，沟道长度为15μm. 用AFM表征了并五苯薄膜表面形貌，并研究了薄膜生长速率对并五苯场效应晶体管电学特性的影响. 在薄膜生长速率为024和136nm/min时，场效应管的载流子迁移率分别为2.7E-4和2.2E-6cm2／(V·s) .     

镀铬基片全息光栅光刻胶掩模槽形参量光谱检测方法

为了检测全息光栅掩模槽形,运用严格耦合波理论(RCWT)分析镀铬基片光栅光刻胶掩模反射0级衍射效率光谱曲线与槽形参量的关系。测量了400~700 nm波长范围内60°入射角条件下的镀铬基片全息光栅光刻胶掩模反射0级衍射效率光谱曲线。将实验曲线与不同槽形参数对应理论曲线相减、求标准差进行匹配,标准差最小者为匹配结果,从而找到被测掩模的槽深和占宽比(光栅齿宽占光栅周期的百分比)。结果表明,该方法图形匹配速度快,误差容限大,匹配结果与电镜结果相符。对于要求同时检测矩形或接近矩形槽形的全息光刻胶光栅掩模的槽深和占宽比,该方法完全适用。     

亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子体影响

从理论上详细研究了一维亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子的影响。分别对一维标准亚波长金属光栅和缺陷亚波长金属光栅进行了研究。电场分布情况采用了COMSOL软件进行模拟。得到的结论是:对于一维标准亚波长金属光栅,沿金属光栅传播的表面等离子体取决于槽深度,较深的槽具有更强的束缚能力;对于具有缺陷的光栅结构,电场强度的分布特点取决于缺陷槽的深度,这归功于缺陷槽对光的反射和散射。基于这一理论研究,这两种不同的亚波长金属光栅结构能为太赫兹器件如波导、衰减器及滤波器发展提供新的途征。     

800 nm亚波长夹层式金属偏振分束光栅

为获得高性能的偏振分束光栅,设计了一种亚波长夹层式金属光栅结构,通过严格耦合波分析和遗传算法优化出最佳光栅结构。所设计的光栅在波长为800 nm时,0级衍射级次上TM偏振波的透射率和TE偏振波的反射率分别为98%和96.5%。在波长747 nm 854 nm,以及入射角-27 27范围内,光栅的透射和反射消光比都大于20 dB,达到了高衍射效率、高消光比、宽带宽及大角度的要求,数值分析表明该光栅对周期、槽深、覆盖层厚度具有优良的工艺容差。该光栅结构简单,性能稳定,对入射光损耗低,偏振分束效果明显,在光学偏振器件、激光器系统、偏振成像等领域具有广泛的应用前景。     

制作光纤光栅用相位掩模的衍射行为研究

利用严格耦合波理论对用于光纤光栅制作的相位掩模的衍射特性进行了深入的研究.研究发现,在紫外写入波长(248 nm)下,为了使零级衍射效率＜5%,且±1级的衍射效率＞35%,相位掩模的刻槽深度必须控制在230～280 nm,占宽比必须控制在0.48～0.65.同时,与标量衍射理论的结果进行了分析对比.这些都为相位掩模的实际制作提供了有意义的结果.     

飞秒激光用超宽带金属介质膜光栅的优化设计和工艺容差分析

基于严格耦合波理论,提出了金属介质膜光栅（MMDG）的带宽评价函数和波长偏离评价函数,并对宽光谱MMDG结构参数进行优化。数值模拟分析表明,当MMDG的槽深为290nm、剩余厚度为10nm、占空比取0．28和入射角为60。时,对以1053nm为中心波长的TE波,其一1级衍射效率优于97％的带宽达到190nm。对结构参数...     

用纳秒激光在镜面不锈钢表面刻蚀微光栅结构

研究了利用波长为532 nm的激光二极管抽运全固态激光器(DPSSL),采用双光束干涉手段,在镜面不锈钢表面直接刻蚀形成微光栅结构(MGS)的方法。通过实验,分析了激光功率、光束口径、双光束干涉角与光栅槽深和占宽比之间的关系。利用光学显微镜和原子力显微镜(AFM)对实验结果的检测分析表明,在激光功率为45 mW,双光束干涉角为20°的条件下,得到光栅周期为1.34μm,槽深为300 nm的最佳微光栅结构。同时,在适当激光功率下,增加光栅周期,增加光束口径都能提高光栅槽深。     

808nm DFB半导体激光器的光栅制备

实验优化设计了808nm DFB半导体激光器的二级布拉格光栅结构,介绍了808 nm分布反馈（DFB）半导体激光器光栅制备的工艺过程。采用全息光刻方法和湿法腐蚀技术在GaAs衬底片上制备了周期为240nm的光栅图形,全息光刻系统采用条纹锁定技术降低条纹抖动和提高干涉稳定性,腐蚀液采用H3PO4 : H2O2 : H2O (1 : 1 : 10),腐蚀时间为30s。光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）测试显示,光栅周期为240nm,占空比为0.25,深度为80nm,具有完美的表面形貌,及良好的连续性和均匀性。     

Design and evaluation of fundamental-mode and polarization-stabilized VCSELs with a subwavelength surface grating

We demonstrate 850-nm oxide-confined vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) with a locally etched subwavelength surface grating that are single-mode and polarization stable from threshold up to thermal roll-over, reaching /spl sim/4 mW of output power. The side-mode suppression ratio (SMSR) is >30 dB and the orthogonal polarization suppression ratio (OPSR) is /spl sim/20 dB. Moreover, no distortion of the far-field beam profile is observed as a result of the surface grating. Our numerical calculations show that a carefully designed VCSEL can have a high simultaneous mode and polarization selectivity without a significant increase in loss for the favored fundamental mode with polarization state perpendicular to the grating lines. This indicates characteristics such as threshold current and resonance frequency will not be notably degraded. The calculations also show a low sensitivity to variations in grating etch depth and duty cycle, which relaxes fabrication tolerances. In our experimental parametric study, where the oxide aperture diameter, surface grating diameter, and grating duty cycle were varied, the combined mode and polarization selection was investigated. For an optimum combination of oxide aperture and surface grating diameters of 4.5 and 2.5 /spl mu/m, respectively, the device is found to be single-mode and polarization stable for a broad range of grating duty cycles, from 55% to 75%, with only a small variation in other laser performances, which is in line with theory.     

应用等效规则优化法设计光通信光栅

基于光栅电磁场理论,应用光栅等效规则计算光栅槽形初始值、结合衍射效率等高线法优化设计光栅槽形,给出了具有几何对称中心的任意槽形光栅.以全息工艺上易于制作的正弦、矩形和两种梯形典型槽形光栅为例进行优化设计,结果表明,正弦槽形光栅C波段TM波衍射效率理论峰值为95%,测量值为92%.较互易定理优化方法,等效规则优化法拓宽了光通信光栅的制作方法、降低了制作难度,为全息方法制作光通信光栅提供了理论依据.     

双光栅结构薄膜太阳能电池的优化

为了提高单晶硅薄膜太阳能电池短路电流密度和转换效率, 采用在单晶硅薄膜太阳能电池正背面分别集成硅介质光栅和铝金属光栅的方法, 并利用有限时域差分法软件仿真研究了两种光栅的周期、厚度、占空比对单晶硅薄膜太阳能电池短路电流密度和光转换效率的影响。结果表明, 通过优化可得当正背面光栅都处于最优值时(介质光栅占空比F=0.8、介质光栅周期P=0.632μm、介质光栅厚度h_g=0.42μm; 金属光栅占空比F₁=0.9、金属光栅周期P=0.632μm、金属光栅厚度h_m=0.005μm), 短路电流密度可达35.15mA/cm2, 转换效率为43.35%;将最优光栅单晶硅薄膜太阳能电池与传统单晶硅薄膜太阳能电池对比, 无论是光程路径还是吸收效率, 光栅单晶硅薄膜太阳能电池都有显著的提高。这为以后制备高性能薄膜太阳能电池提供了理论指导。