1 衢州职业技术学院信息工程学院, 浙江 衢州 324000
2 赣南师范大学物理与电子信息学院, 江西 赣州 341000
3 北京工业大学光电子技术教育部重点实验室, 北京100124
超材料吸收器(MA)是近年来非常热门的研究课题,但是如何在近红外波段实现双波长高吸收的同时还保持窄带宽是一个难题。本文提出了一种结构简单、紧凑的双通道窄带宽MA,该MA由SiO2衬底、金薄层以及非对称周期金属光栅构成。经模拟计算发现,MA在波长λ1=1.1005 μm和λ2=1.19024 μm处具有高吸收效率,且线宽分别只有0.21 nm和3 nm。对MA的磁场分布进行分析后可知,MA在波长λ1处实现窄带宽高吸收主要是由于表面等离子极化(SPP)共振,在波长λ2处实现窄带宽高吸收则是SPP共振和法布里-珀罗(FP)腔共振的共同作用。最后研究了MA结构参数对其吸收特性的影响,结果发现改变MA参数能够实现MA吸收波长λ1和λ2的调谐。
材料 双通道 窄带宽 半峰全宽 光学学报
2021, 41(14): 1416002
1 衢州职业技术学院信息工程学院, 浙江 衢州 324000
2 北京工业大学电子信息与控制工程学院光电子技术实验室, 北京 100124
3 赣南师范大学物理与电子信息学院, 江西 赣州 341000
为了提高倒装发光二极管(LED)的光提取效率, 提出在蓝宝石衬底出光面上制备一层SiO2介质光栅, 形成表面光栅倒装LED结构。利用RSOFT软件的CAD模块建立表面光栅倒装LED模型, 随后使用RSOFT软件的LED模块模拟并优化该表面光栅倒装LED。通过模拟优化和理论分析可得, 当p-GaN层厚度hp=220 nm, n-GaN层厚度hn=100 nm, 蓝宝石衬底厚度hs=130 nm, 光栅周期p=260 nm, 光栅厚度hg=20 nm, 光栅占空比f=0.02时, 表面光栅倒装LED的光提取效率可以达到49.12%, 相比于普通最优倒装LED的光提取效率(30.56%)提高了63%。本研究可为后续设计高光提取效率的LED提供参考, 同时亦可为制备器件提供理论指导。
光学器件 发光二极管 光提取效率 倒装 光栅 激光与光电子学进展
2018, 55(9): 092302
1 赣南师范大学 物理与电子信息学院, 江西 赣州 341000
2 北京工业大学 电子科学与技术学院 光子器件研究实验室, 北京 100124
基于严格耦合波分析法分析了亚波长光栅波前调控的方法, 设计了具有凸透镜、锥透镜和闪耀光栅功能的三种亚波长光栅结构, 以平面方式制备了具有聚焦和闪耀效果的三种微纳结构波前调控器. 计算了不同光栅厚度、光栅齿和光栅槽宽度下的光栅透射率, 通过选择合适光栅参数组合, 得到三种波前调控器透射率均在97%以上.硅基平面结构与常规结构器件性能相比, 平面和常规透镜、锥透镜在聚焦效果上, 焦斑的半高全宽近似相等, 峰值强度提高了1.64和2.35倍; 平面相对常规闪耀光栅的峰值强度提高了3.77倍.
亚波长高对比度光栅 波前调控器 透镜 微光学 严格耦合波分析 Subwavelength high-contrast grating Wavefront manipulation Lens Micro-optics Rigorous coupled wave analysis 光子学报
2017, 46(10): 1023005
1 衢州职业技术学院信息工程学院, 浙江 衢州 324000
2 北京工业大学电子信息与控制工程学院光电子技术实验室, 北京 100124
3 赣南师范大学物理与电子信息学院, 江西 赣州 341000
利用严格耦合波法设计并优化了中心波长为1.55 μm, 基于液晶的波长可调谐导模共振滤波器(WTGMF)。通过计算得知减反层和衬底的厚度均对滤波器的共振线宽有影响, 减反层的厚度越薄共振线宽越宽, 但是对于衬底厚度总存在着一个最优的厚度使线宽达到最窄, 当衬底厚度为300 nm时, 线宽缩小到最窄的0.96 nm。另外决定WTGMF的波长调谐范围的主要因素是液晶层的厚度, 调谐范围随着液晶层厚度的增加而增加并最终达到稳定, 当液晶层厚度达到1600 nm时波长调谐范围达到最大的39 nm。
光栅 导模共振 严格耦合波法 线宽 液晶 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 100501
1 衢州职业技术学院 信息工程学院， 浙江 衢州 324000
2 赣南师范大学 物理与电子信息学院， 江西 赣州 341000
将具有高透射性的亚波长光栅置于微机械波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)的内腔当中可以提高波长的调谐范围，为了使波长调谐范围达到最优则必须优化高透射性的亚波长光栅使其透射率达到最大。利用严格耦合波法分析了亚波长光栅的占空比、周期、厚度和入射角对其透射率的影响并找出最优的光栅参数。通过计算分析可得，对于TE和TM偏振存在最佳的占空比使其透射率达到99.5%。在文中条件下，它们对应的占空比分别为0.23和0.80。而光栅厚度对于TE和TM偏振透射率的影响是周期性的，在一个周期内存在一个最佳值使其透射率达到最高。在文中条件下，TE偏振的厚度周期是150 nm，TM偏振的厚度周期是300 nm。当光栅参数不变时，无论是TE还是TM偏振光，它们的透射率只有在垂直入射光栅时(入射角为0°)才能达到最大。而通过等效介质原理可以得出，周期对透射率没有影响。最后计算了透射率在光栅厚度和占空比同时变化时的变化趋势，并从中得出最优的光栅参数。
亚波长光栅 透射率 可调谐VCSEL sub-wavelength transmittance tunable VCSEL
Author Affiliations
Abstract
1 Photonic Device Research Laboratory, College of Electronic Information and Control Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 College of Physics and Electronic Information, Gannan Normal University, Ganzhou 341000, China
Two-dimensional apodized grating couplers are proposed with grating grooves realized by a series of nano-rectangles, with the feasibility of digital tailoring the equivalent refractive index of each groove in order to obtain the Gaussian output diffractive mode in order to enhance the coupling efficiency to the optical fiber. According to the requirement of leakage factor distribution for a Gaussian output profile, the corresponding effective refractive index of the grating groove, duty cycle, and period are designed according to the equivalent medium theory. The peak coupling efficiency of 93.1% at 1550 nm and 3 dB bandwidth of 82 nm are achieved.
050.2770 Gratings 050.6624 Subwavelength structures 050.2065 Effective medium theory Chinese Optics Letters
2015, 13(5): 050501
北京工业大学 电子信息与控制工程学院 新型光子器件实验室, 北京 100124
硅基雪崩光电探测器的器件性能与倍增层的掺杂浓度有着密切联系。研究了硅基雪崩光电探测器倍增层的掺杂浓度对雪崩击穿电压和光谱响应度等特性的影响。在硼的注入剂量由5.0×1012cm-2减小为2.5×1012cm-2时, 倍增层内电场强度逐渐降低, 吸收区电场强度迅速增大, 器件的雪崩击穿电压由16.3V迅速上升到203V, 而光谱响应在95%的击穿电压下, 峰值响应波长由480nm红移至800nm, 对应的响应度由11.2A/W剧增到372.3A/W。综合考虑光谱响应和雪崩击穿电压的影响, 在硼注入剂量为3.5×1012cm-2时, 可获得击穿电压为43.5V和响应度为342.5A/W的器件模型, 对实际器件的制备具有一定参考价值。
拉通 雪崩击穿电压 光谱响应 Si APD silicon avalanche photodiode reach through breakdown voltage spectral response
1 北京工业大学电子信息与控制工程学院光子器件研究实验室, 北京 100124
2 赣南师范学院物理与电子信息学院, 江西 赣州 341000
利用不同占空比的亚波长结构剪裁光栅槽的等效折射率来改变光栅的衍射特性实现衍射输出光束与单模光纤之间的模式匹配，通过优化埋氧化层厚度和集成底部金反射镜，可以改善光栅耦合器弱的方向性，从而设计出用于SOI波导与光纤之间高效率耦合的光栅耦合器。采用本征模展开方法，模拟了光栅耦合器随剪裁的光栅槽等效折射率变化的相关特性，在SOI波导和单模光纤之间对波长为1550 nm的光获得了最高93.1%的耦合效率，3dB带宽为82 nm。
光栅 等效折射率 光栅耦合器 耦合效率 模式匹配 光学学报
2014, 34(11): 1105001
