亚波长光栅的衍射效率

本文使用矢量衍射理论一严格的耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率进行了数值计算，得到在不同光栅参数时亚波长光栅的衍射效率，对影响光栅衍射效率的各个光栅参数分别进行分析，讨论了光栅在光栅参数变化时的衍射特性，给出衍射效率随光栅各个参数的变化曲线。由结果可知亚波长光栅的衍射效率随光栅槽的深度以及光栅占空比有着规律性的变化，选取不同的光栅参数就可得到完全不同的衍射效率，这样就为设计出所需要的光栅滤波特性提供了制造依据。     

法诺光栅的共振特性研究

针对亚波长光栅的共振特性,设计了一种基于法诺共振的亚波长光栅并研究了其共振特性。利用光学模拟软件FDTD Solutions对该光栅结构进行数值模拟,在可见光波段,对影响光栅性能的周期、折射率、占空比等光栅参数进行了研究,从而得到了一种共振强度高、谱线精细、共振峰位置可控的法诺共振谱线。该研究成果可用来研制1 nm精度的光谱滤波器。     

具有特定滤波特性的防伪用亚微米光栅的设计和制作

用于防伪技术的亚微米光栅的重要特性是在可见光范围内其零级衍射效率的滤波特性随着入射光的入射方位角(入射面与光栅槽的夹角)改变而改变,零级衍射效率曲线的中心波长发生移动.利用严格的耦合波理论分析计算其衍射效率特性,由所需要的衍射效率特性设计光栅参量,通过精细加工制作工艺,制造出周期为416 nm的亚微米光栅,其零级衍射效率的峰值波长的测量值在入射光零度方位角入射时为466 nm,90°方位角入射时为627 nm,与计算结果一致,由此完成具有特定滤波特性的防伪用亚微米光栅的设计和制作.     

工作波长为13.9nm的Laminar分合束光栅研制

目的：基于衍射光栅分合束元件的软X射线Mach－Zehnder干涉系统在惯性约束聚变,X射线激光等领域都有重要的应用前景。针对该干涉系统的特点设计、制作了工作波长为13.9nm的矩形分合束光栅。方法：利用全息曝光－离子束刻蚀工艺制作了特定参数的矩形光栅,利用长行程面型仪（LTP）对其线密度进行了测量,利用原子力显微镜测量其槽深与占宽比,利用国家同步辐射实验室（NSRL）U27实验站测量其衍射效率。结果：该矩形光栅的参数为线密度1000l/mm,槽深13±0.2nm,占宽比0.4±10%,Au膜厚度为40±0.5nm;在工作波长为13.9nm,81.2°入射时,其0级与-1级衍射光衍射效率乘积的最大值为8.6％,同时0级与-1级衍射效率亦接近,约为27％和30％。结论：测量结果充分证明矩形光栅作为13.9nm激光的分合束元件是能够获得高分合束效率(>7%),且矩形分合束元件易于制作。     

用于飞秒激光制备光纤光栅的相位掩模研制

利用严格耦合波理论分析了用于520 nm波长飞秒激光制备光纤光栅的相位掩模的衍射特性,当相位掩模是矩形槽形时,占宽比在0.32~0.43之间,槽形深度在0.57~0.67μm之间时,能够保证零级衍射效率抑制在2%以内,同时±1级的衍射效率大于35%。在此基础上,利用全息光刻-离子束刻蚀技术,制作了用于520 nm波长飞秒激光的周期为1067 nm、有效面积大于40 mm×30 mm的相位掩模。实际制作的相位掩模是梯形槽形,槽深是0.665μm,分析了梯形槽形中梯形角对衍射效率的影响。实验测量表明,该相位掩模的零级衍射效率小于2%,±1级衍射效率大于40%,满足飞秒激光制作光纤光栅的需要。     

二维抗反射亚波长周期结构光栅的设计分析

利用严格耦合波理论(RCWA)和等效介质理论(EMT)研究了二维抗反射亚波长周期结构光栅的设计问题.以立方体和柱状单台阶网格光栅和金字塔形及圆锥形多台阶光栅为例,主要研究了占空比和表面面形对反射率的影响.通过计算发现,当光栅周期足够小的时候,光栅面形对反射率没有影响,同时占空比严重影响着光栅的特性,这对设计制造抗反射光栅非常有用.同时也研究了等效介质理论的适用性.     

非异常区TM偏振波宽波段特性在激光器调谐光栅设计中的应用

通过刻划工艺控制光栅槽形零级面宽度,使-1级和0级衍射效率同时达到期望值是激光器调谐光栅研制中的技术难题。基于光栅电磁场理论,利用光栅非异常区入射波长与光栅周期之比λ/d≈1.414附近较宽波段范围内TM偏振波的衍射效率变化梯度小,而且同一波长的衍射效率随闪耀角增大呈单调递增或随槽顶角增大呈单调递减趋势的特性,给出了-1级振荡0级输出激光器调谐光栅的全三角槽形模型及设计方法。该方法用常规三角槽形光栅即可实现任意比值的-1级与0级衍射能量分布,避免了以往通过控制类梯形槽形零级面宽度来制作此类光栅的工艺不确定性,降低了制作难度。应用该模型设计并制作了-1级衍射效率为65%的0级输出激光器调谐光栅,其在10.6μm处的衍射效率误差为0.6%。该方法还适用于-1级振荡-1级输出激光器调谐光栅的设计,实现了两类激光器谐振光栅在设计方法以及制作工艺上的统一。     

采用亚微米埋入式光栅的彩色滤光片

为进一步提高彩色滤光片的色度性能和光能利用率,设计了一种宽带宽高透射率的亚微米埋入式光栅结构,该结构由PMMA基底、ZnS膜层、二维Al金属光栅和SiO2覆盖层等组成。采用严格耦合波理论分析了ZnS膜层厚度、周期、占空比等结构参数对透射光谱特性的影响,并在此基础上优化结构参数,获得了宽带宽滤波输出。当透射光谱中心波长为635,530和455nm时,相应透射效率分别为68%,78%和71%,半极大值处全宽(FWHM)约为100nm。计算结果表明,与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比,所设计光栅结构的中心光谱透射效率可提高19%,并有效减少了三色输出光谱之间的重叠区域,提高了彩色滤光片的色度性能。     

13.9 nm Laminar分束光栅的研制

利用全息-离子束刻蚀工艺制作了工作波长为13.9 nm的Laminar分束光栅.光栅的线密度为1 000 lp/mm,槽深13 nm,占宽比0.43,Au膜厚度为40 nm左右;当工作波长为13.9 nm,入射角为81.2°时,其0级与-1级衍射光衍射效率乘积的最大值为8.1%,同时0级与-1级衍射效率亦接近,约为27%和30%.实验结果表明,研制的Laminar光栅可用于13.9 nm激光的分束,能够获得＞7%的分束效率.     

深紫外倍频用KBBF晶体光栅耦合器设计

分析了氟硼铍酸钾(KBe2BO3F2,KBBF)晶体的倍频特性,结合基波光光栅耦合和KBBF晶体内全反射特性设计了新型KBBF晶体光栅耦合器。介绍了KBBF晶体光栅耦合器设计原理。在KBBF晶体表面制作光栅结构,使其衍射级次满足匹配角进而产生倍频光;结合在KBBF晶体内的全反射传输,增大光程,获得高的倍频转化效率。通过计算晶体匹配角、走离角、倍频系数等参数,获得合适的光栅匹配类型。优化设计匹配光栅参数,获得了槽型参数及较高的衍射效率;基于光栅衍射效率与倍频转化率的关系获得了KBBF晶体光栅耦合器的倍频转化率计算公式,并给出它们的适用范围。最后,基于5.2mm×5.2mm×1mm KBBF晶体研制了晶体光栅耦合器,该光栅耦合器能够实现深紫外波段倍频光的输出,总倍频转化效率达到了16.86%     

光栅平动式光调制器光学特性分析

提出了一种基于微光机电系统的可用于投影显示及相关器件的新型光栅光调制器,介绍了其结构、工作原理和加工流程.对器件进行光学分析,优化和仿真,得出器件结构参数与光学特性之间关系.器件的可动光栅占空比e=0.5,光栅常数d=6 μm,长度L=39 μm,宽度w=36 μm,边距w0=1.5 μm时,理论上±1级衍射效率η=37.0%,对比度V=625;可动光栅与下电极在开态和关态时间距分别为0.65 μm和0.78 μm,器件单像素尺寸为51 μm×51 μm.     

亚波长导模共振滤波器的研究概况

基于导模共振效应的亚波长滤波器具有高峰值效率、宽窄带以及低旁带等特点,是一种性能优良的滤波器结构。简要介绍了导模共振滤波器的基本理论、分析方法和一维双层亚波长光栅结构,从可调谐、多通道以及彩色滤光三个应用方面总结了导模共振器件的研究进展,并分析了关键技术和技术难点。阐述了该器件的重要研究意义和应用价值。     

热压增大光刻胶光栅占宽比的方法及其应用

全息光刻-单晶硅各向异性湿法刻蚀是制作大高宽比硅光栅的一种重要方法,而如何增大光刻胶光栅的占宽比,以提高制作工艺宽容度和光栅质量是急需解决的问题。本文提出了一种热压增大光刻胶光栅占宽比的方法,该方法通过加热加压直接将光刻胶光栅线条展宽。论文详细阐述了其工艺过程,探究了占宽比增加值随施压载荷、温度的变化规律,讨论了施压垫片对光刻胶光栅质量的影响。应用此方法制作了周期为500 nm的硅光栅,光栅线条的高宽比达到了12.6,氮化硅光栅掩模的占宽比高达0.72。热压增大光刻胶光栅占宽比的方法工艺简单、可靠,无需昂贵设备、成本低,能够有效增大占宽比,且获得的光栅掩模质量高、均匀性好,满足制作高质量大高宽比硅光栅的要求。     

多共振峰圆形光栅滤波器

提出了一种导模共振圆形光栅滤波器,以实现它在可见光范围内的多波段滤波。理论分析了圆形光栅滤波器在同一入射波偏振条件下形成多个共振峰的原因。通过微纳加工技术在硅基二氧化铪材料上实现了光栅层约为70nm的圆形光栅薄膜结构。利用一维线性光栅对圆形光栅的反射谱进行了模拟,通过角分辨微纳反射谱测试系统获得了该光栅滤波器在不同入射波偏振条件以及不同入射角时的反射谱。实验表明,在特定的光栅周期以及占空比条件下(如光栅周期350nm,占空比0.5),当线性偏振光正入射时,该圆形光栅滤波器形成了两个共振峰(505nm处和575nm处),与模拟结果基本符合。另外,光栅占空比相同时,随着光栅周期的增加,共振峰会向较长的波段偏移。实验显示:通过设计不同结构的亚波长圆形光栅,可以实现可见光范围内多个特定波段的滤波作用。     

任意槽形金属光栅衍射特性的矢量理论分析与计算

根据麦克斯韦基本方程组,推导了描述任意槽形金属光栅衍射特性的矢量理论分析方法——严格的耦合波方法,该方法可用来分析具有任意面型函数的金属光栅在TE,TM两种偏振模式的平面波入射下的光栅衍射特性.文中讨论了光栅结构参数,入射波参数对衍射效率的影响以及金属光栅的损耗.