红外与激光工程
2023, 52(6): 20230219
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
石墨烯是典型的二维原子晶体材料，具有极高的热导率，其以独特的电子-声子相互作用机制以及在微纳尺度热管理领域的应用潜力而备受瞩目。国内外针对石墨烯在不同温度下的热导率进行了大量的理论和实验研究，但如何准确测量电偏置作用下悬空石墨烯器件的热导率仍需进一步深入研究。本课题组成功制备了高质量的悬空石墨烯场效应晶体管，并基于拉曼光谱法研究了少层悬空石墨烯在不同电压下的热导率变化规律。实验结果显示：当偏置电压从0 V增加至1.5 V时，悬空石墨烯的最大温度变化范围为300~779 K，同时其热导率也发生了相应变化，介于2390~3000 W/（m·K）之间。本实验结果为研究悬空石墨烯纳米电子器件在实际应用场景中的热传导特性提供了实验数据参考。
光学器件 悬空石墨烯 场效应晶体管 热导率 拉曼光谱
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
基于法布里珀罗(F-P)腔理论建立了一种简单有效的硅绝缘体(SOI)光波导损耗测量方法。该方法采用端面耦合，通过测试波导反射功率谱并利用傅里叶频谱信息，完成波导损耗的测量。推导中指出了无法直接利用反射谱F-P峰峰谷值求解损耗的限制因素。应用该方法实现了对刻蚀深度为750 nm和宽度为1200 nm的SOI脊形波导损耗的测量，表明该测量方法能够对小尺寸、低损耗波导实现较高精度的损耗测量。
集成光学 法布里珀罗腔技术 脊形波导 损耗测量 反射谱 激光与光电子学进展
2011, 48(2): 021301
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
利用单层亚波长硅光栅结构设计出工作在近红外波段的偏振分束器。该偏振分束器在45°入射角附近对TE偏振光具有很高的反射率同时对TM偏振光具有很高的透射率，其设计原理是基于亚波长光栅的泄漏模共振效应以及类布儒斯特效应。利用散射矩阵方法和时域有限差分方法对偏振分束器进行设计和分析。模拟结果显示，该偏振分束器在1390~1600 nm的波长范围内的反射与透射消光比大于100；同时该偏振分束器具有相对较大的入射角度容差，在有限尺寸高斯光束入射下能保持很好的性能。
光栅 偏振分束器 散射矩阵方法 亚波长光栅 泄漏模共振效应 类布儒斯特效应
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
利用泄漏模共振效应以及等效介质理论设计出工作在近红外波段的一维亚波长硅光栅偏振器。采用散射矩阵方法和时域有限差分方法对结构进行设计和优化,模拟结果显示在正入射条件下,该偏振器在1 284~1 575 nm波长范围内的消光比大于100(20 dB),而TM模的透射率高于98%。同时对该偏振器的角度特性以及制备容差进行了讨论,计算结果表明该偏振器具有较大的角度与制备容差。
亚波长光栅 偏振器 散射矩阵方法 泄漏模共振 等效介质理论 subwavelength grating polarizer scattering matrix method leak-mode resonance effective medium theory
国防科技大学 光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
亚波长光栅具有特殊的反射特性,可以用于各种光器件的设计。利用时域有限差分方法(FDTD)和散射矩阵方法计算了亚波长介质光栅的能带结构、本征模式以及反射谱。模拟结果显示:光栅反射谱中的共振峰是由光栅的泄漏模式引起的;在正入射和斜入射条件下,外部入射场所能激励的光栅的模式不同;通过控制光栅本征泄漏模的频率和Q值可以控制反射谱线型。实验利用电子束直写以及反应离子刻蚀等方法在绝缘体上硅(SOI)晶圆上制备出亚波长光栅结构,实验测量所得光栅的反射谱线型与模拟结果吻合得很好。
光栅 反射特性 时域有限差分 亚波长光栅 电子束直写 反应离子刻蚀
