基于超表面的可见光波段布拉格反射波导研究

任尚书; 周树道; 王敏; 彭舒龄

doi:doi:10.3788/LOP55.032301

激光与光电子学进展, 2018, 55 (3): 032301, 网络出版: 2018-09-10

基于超表面的可见光波段布拉格反射波导研究下载： 1884次

Study of Bragg Reflection Waveguide Based on Metasurface in Visible Light Band

任尚书周树道 ^*王敏彭舒龄

作者单位

2南京信息工程大学气象灾害预警与评估协同创新中心, 江苏南京 210044

图 & 表

图 1. 新型BRW结构示意图

Fig. 1. Structural diagram of new BRW

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图 2. 折射率比k对DBR性能的影响

Fig. 2. Effect of refractive index ratio k on the performance of DBR

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图 3. 不同DBR组合类型

Fig. 3. Different combination types of DBR

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图 4. 介质厚度对DBR性能的影响

Fig. 4. Effect of medium thickness on the performance of DBR

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图 5. 介质周期m对DBR性能的影响

Fig. 5. Effect of medium period m on the performance of DBR

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图 6. (a)介质周期m对缺陷模的影响;(b)缺陷模放大图

Fig. 6. (a) Effect of medium period m on defect modes; (b) enlarged drawing of defect modes

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图 7. SU-8厚度对缺陷模的影响

Fig. 7. Effect of SU-8 thickness on defect modes

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图 8. 新型BRW结构图和仿真结果。(a) BRW结构体;(b)内部电场图;(c)一维电场图

Fig. 8. Structure and simulation results of new BRW. (a) Structures of BRW; (b) internal electrical field; (c) one-dimension electrical field

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图 9. 超表面边长对缺陷模的影响。(a) L2=20 nm;(b) L2=160 nm

Fig. 9. Effect of length of metasurface on defect modes. (a) L2=20 nm; (b) L2=160 nm

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图 10. 新型BRW扫描结果。(a) H1=100 nm、H2=10 nm、L1=200 nm、L2=L1x;(b) H1=100 nm、H2=30 nm、L1=200 nm、L2=L1x;(c) H1=100 nm、H2=50 nm、L1=200 nm、L2=L1x;(d) H1=60 nm、H2=30 nm、L1=200 nm、L2=L1x

Fig. 10. Scanning results of new BRW. (a) H1=100 nm, H2=10 nm, L1=200 nm, L2=L1x; (b) H1=100 nm, H2=30 nm, L1=200 nm, L2=L1x; (c) H1=100 nm, H2=50 nm, L1=200 nm, L2=L1x; (d) H1=60 nm, H2=30 nm, L1=200 nm, L2=L1x

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图 11. 新型BRW细化扫描结果

Fig. 11. Refine scanning results of new BRW

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图 12. 新型BRW阵列

Fig. 12. New BRW array

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表 1折射率比k对DBR性能的影响

Table1. Effect of refractive index ratio k on the performance of DBR

Refractiveindexratio k	Centralwavelengthλ₀ /nm	Range offorbidden bandω /nm	ForbiddenbandwidthΔω /nm
1.5	529	497-566	69
2	529	438-668	230
2.5	529	413-736	323
3	529	396-796	400

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表 2不同DBR组合类型

Table2. Different combination types of DBR

Structuralsequencenumber	Structure	Refractiveindexratio	Mediumthicknessd_H/d_L	Cycle
One	Si(3.4)/MgF₂ (1.39)	2.44	40/97.8	8
Two	Si(3.4)/KCl(1.49)	2.28	40/91.3	8
Three	Si(3.4)/SiO₂ (1.47)	2.31	40/92.5	8

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表 3介质厚度对DBR性能的影响

Table3. Effect of medium thickness on the performance of DBR

Mediumthicknessd_L /nm	Centralwavelengthλ₀ /nm	Range offorbidden bandω /nm	ForbiddenbandwidthΔω /nm
80	470	412-627	215
85	500	432-660	228
90	529	451-694	243
95	559	470-726	256
100	588	490-759	269

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表 4新型BRW扫描结果

Table4. Scanning results of new BRWnm

SU-8thickness	Metasurfacethickness	SU-8length	Metasurfacelength	Regulationrange
30	15	100	10-90	440-460
50	40	100	10-90	460-550
60	40	200	20-180	490-590
80	40	200	20-180	520-630
100	40	200	20-180	560-680
120	40	200	20-180	600-700

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任尚书, 周树道, 王敏, 彭舒龄. 基于超表面的可见光波段布拉格反射波导研究[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(3): 032301. Shangshu Ren, Shudao Zhou, Min Wang, Shuling Peng. Study of Bragg Reflection Waveguide Based on Metasurface in Visible Light Band[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(3): 032301.

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图 1. 新型BRW结构示意图

Fig. 1. Structural diagram of new BRW

图 2. 折射率比k对DBR性能的影响

Fig. 2. Effect of refractive index ratio k on the performance of DBR

图 3. 不同DBR组合类型

Fig. 3. Different combination types of DBR

图 4. 介质厚度对DBR性能的影响

Fig. 4. Effect of medium thickness on the performance of DBR

图 5. 介质周期m对DBR性能的影响

Fig. 5. Effect of medium period m on the performance of DBR

图 6. (a)介质周期m对缺陷模的影响;(b)缺陷模放大图

Fig. 6. (a) Effect of medium period m on defect modes; (b) enlarged drawing of defect modes

图 7. SU-8厚度对缺陷模的影响

Fig. 7. Effect of SU-8 thickness on defect modes

图 8. 新型BRW结构图和仿真结果。(a) BRW结构体;(b)内部电场图;(c)一维电场图

Fig. 8. Structure and simulation results of new BRW. (a) Structures of BRW; (b) internal electrical field; (c) one-dimension electrical field

图 9. 超表面边长对缺陷模的影响。(a) L2=20 nm;(b) L2=160 nm

Fig. 9. Effect of length of metasurface on defect modes. (a) L2=20 nm; (b) L2=160 nm

图 10. 新型BRW扫描结果。(a) H1=100 nm、H2=10 nm、L1=200 nm、L2=L1x;(b) H1=100 nm、H2=30 nm、L1=200 nm、L2=L1x;(c) H1=100 nm、H2=50 nm、L1=200 nm、L2=L1x;(d) H1=60 nm、H2=30 nm、L1=200 nm、L2=L1x

Fig. 10. Scanning results of new BRW. (a) H1=100 nm, H2=10 nm, L1=200 nm, L2=L1x; (b) H1=100 nm, H2=30 nm, L1=200 nm, L2=L1x; (c) H1=100 nm, H2=50 nm, L1=200 nm, L2=L1x; (d) H1=60 nm, H2=30 nm, L1=200 nm, L2=L1x

图 11. 新型BRW细化扫描结果

Fig. 11. Refine scanning results of new BRW

图 12. 新型BRW阵列

Fig. 12. New BRW array

表 1折射率比k对DBR性能的影响

Table1. Effect of refractive index ratio k on the performance of DBR

表 2不同DBR组合类型

Table2. Different combination types of DBR

表 3介质厚度对DBR性能的影响

Table3. Effect of medium thickness on the performance of DBR

表 4新型BRW扫描结果

Table4. Scanning results of new BRWnm

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图 1. 新型BRW结构示意图

Fig. 1. Structural diagram of new BRW

图 2. 折射率比k对DBR性能的影响

Fig. 2. Effect of refractive index ratio k on the performance of DBR

图 3. 不同DBR组合类型

Fig. 3. Different combination types of DBR

图 4. 介质厚度对DBR性能的影响

Fig. 4. Effect of medium thickness on the performance of DBR

图 5. 介质周期m对DBR性能的影响

Fig. 5. Effect of medium period m on the performance of DBR

图 6. (a)介质周期m对缺陷模的影响;(b)缺陷模放大图

Fig. 6. (a) Effect of medium period m on defect modes; (b) enlarged drawing of defect modes

图 7. SU-8厚度对缺陷模的影响

Fig. 7. Effect of SU-8 thickness on defect modes

图 8. 新型BRW结构图和仿真结果。(a) BRW结构体;(b)内部电场图;(c)一维电场图

Fig. 8. Structure and simulation results of new BRW. (a) Structures of BRW; (b) internal electrical field; (c) one-dimension electrical field

图 9. 超表面边长对缺陷模的影响。(a) L2=20 nm;(b) L2=160 nm

Fig. 9. Effect of length of metasurface on defect modes. (a) L2=20 nm; (b) L2=160 nm

图 10. 新型BRW扫描结果。(a) H1=100 nm、H2=10 nm、L1=200 nm、L2=L1x;(b) H1=100 nm、H2=30 nm、L1=200 nm、L2=L1x;(c) H1=100 nm、H2=50 nm、L1=200 nm、L2=L1x;(d) H1=60 nm、H2=30 nm、L1=200 nm、L2=L1x

Fig. 10. Scanning results of new BRW. (a) H1=100 nm, H2=10 nm, L1=200 nm, L2=L1x; (b) H1=100 nm, H2=30 nm, L1=200 nm, L2=L1x; (c) H1=100 nm, H2=50 nm, L1=200 nm, L2=L1x; (d) H1=60 nm, H2=30 nm, L1=200 nm, L2=L1x

图 11. 新型BRW细化扫描结果

Fig. 11. Refine scanning results of new BRW

图 12. 新型BRW阵列

Fig. 12. New BRW array

表 1折射率比k对DBR性能的影响

Table1. Effect of refractive index ratio k on the performance of DBR

表 2不同DBR组合类型

Table2. Different combination types of DBR

表 3介质厚度对DBR性能的影响

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