光子学报
2023, 52(12): 1205002
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
针对现有亚波长抗反射光栅结构参数对加工工艺要求较高且难以制备等问题, 设计了一种方柱形二维抗反射光栅结构。依据等效介质理论和薄膜增透理论对亚波长抗反射光栅结构参数进行仿真分析, 结果表明其透射率在远红外波段20~24 μm平均透射率能够达到98%, 中心波段21.8 μm处透射率达到99%。使用飞秒激光直写方式进行实验制备, 测得平均透射率达77%, 中心波段透射率达到77%, 与仿真结果相近。经实验验证, 所设计的亚波长光栅结构的工艺容差较现有光栅结构更好, 且对实验加工精度要求较低, 为其他类似光栅结构的设计和加工提供了新的思路。
亚波长结构 光栅 等效介质理论 飞秒激光 抗反射 subwavelength structure grating equivalent medium theory femtosecond laser anti-reflective
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
提出一种可见光谱段内窄带偏振陷波滤波的矩孔光子晶体结构。通过建立矩孔光子晶体模型,将矩孔光子晶体结构等效为介质层-光栅层-介质层周期结构,利用Rugate滤波理论对矩孔光子晶体结构进行分析,结合等效介质理论(EMT)和传输矩阵方法(TMM)对结构模型的入射光s偏振、p偏振的透过率进行仿真。另外讨论了矩孔光子晶体纵向周期数m、光栅层填充比f、厚度d等参数对偏振陷波的中心波长、带宽以及截止带透过率的影响。针对417,497,582,685 nm中心波长,设计带宽为10 nm的p偏振窄带陷波结构,并用时域有限差分方法(FDTD)进行仿真验证,结果表明,矩孔阵列结构可以实现可见光谱段内窄带偏振陷波滤波。
光学器件 光子晶体 陷波滤波 等效介质理论 传输矩阵 偏振 窄带滤波 光学学报
2018, 38(12): 1223001
1 贵州民族大学, 贵州省普通高等学校绿色节能材料特色重点实验室, 贵州 贵阳 550025
2 兰州大学信息科学与工程学院, 甘肃 兰州 730000
基于等效媒质理论,利用新型人工电磁材料的可控电磁特性设计了一种斜层复合结构,将这种 结构应用于吸波材料可以有效解决入射角敏感等问题。该结构可由普通材料叠层实现,给出了一个由Ag-Na3AlF6纳米 结构实现的特例。在365 nm对其进行全波仿真,验证了其正确性和有效性。对该吸波材料的适用频带做了 进一步仿真,结果表明该结构对光频段的电磁波能够实现良好的吸波功能。
材料 斜层复合结构 等效媒质理论 新型人工电磁材料 materials oblique-layer composite structure equivalent medium theory novel artificial electromagnetic materials
基于亚波长光栅的泄漏模共振效应和等效介质理论，利用Comsol Multiphysics软件设计分析了针对1 550 nm工作波长的一维悬浮亚波长氮化镓光栅偏振分束器。通过改变光栅的宽度、高度以及周期来确定最终的参数。仿真结果显示，在正入射条件下，该偏振分束器在C波段(1 530～1 565 nm)对TE模具有很高的反射率，同时对TM模具有很高的透射率，消光比达到20 dB以上，TM模透射率高于98%。
氮化镓 亚波长光栅 偏振分束器 泄漏模共振效应 等效介质理论 GaN sub-wavelength grating polarizing beam splitter leaky mode resonance effect equivalent medium theory
西北工业大学 自动化学院 信息融合技术教育部重点实验室，陕西 西安 710072
基于微偏振片阵列(MPA)的偏振成像设备在体积、重量、功耗等方面的优势，极大促进了偏振成像的应用领域。但目前对于MPA光栅参数设计、单元排布模式以及偏振特征解算等方面的研究均存在严重不足，影响了准确偏振特征的获取。针对这些问题，文中利用光栅衍射和等效介质理论进行MPA光栅参数设计，并提出MPA在频域内的联合编解码设计方法，以期MPA单元排布与偏振特征解算达到综合最优。仿真结果表明，MPA编解码设计方式的选择将会对偏振信息的获取性能产生较大影响。
偏振成像 微偏振片阵列 等效介质理论 联合编解码 polarization imaging micro-polarizer array(MPA) equivalent medium theory joint coding and decoding 红外与激光工程
2015, 44(10): 3117
为了满足航天红外遥感器光学元件透过率高、散热性好的要求，提出一种具有波长选择特性的网状微结构。采用等效介质理论、数学建模理论方法设计网状微结构特征参数，并通过Matlab软件辅助模拟微结构表面光谱辐射特性。运用离子刻蚀机制备网状微结构，通过扫描电子显微镜测量微结构表面形貌,并进行分析。根据结果判断反应气体流量、射频电源功率、反应腔内压强三个工艺参数对微结构形貌及微结构侧壁陡直度具有很大影响，以及确定最佳工艺参数组合。实验结果表明：在最佳工艺参数组合下制备的网状微结构，10.6 μm工作波长下透射衍射效率大于91.5%，基本满足红外遥感器对网状微结构光学特性的要求。
红外遥感器 等效介质理论 反应离子刻蚀技术 网状微结构 透射衍射效率 infrared remote sensor equivalent medium theory reactive ion etching technology reticular microstructure transmission diffraction efficiency 强激光与粒子束
2015, 27(12): 124102
大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116024
为从物理层面理解亚波长金属光栅偏振透射现象以及光栅参数对偏振透射的影响，基于等效介质理论定性解释了单层亚波长金属光栅的偏振透射现象，给出了各个光栅参数对偏振性能的影响规律。对于不同条件下透射峰值产生的机理，基于法布里-珀罗共振理论给出了定量解释。对于等效介质理论和法布里-珀罗共振理论的准确性给出了验证及分析。通过两理论定性或定量的对单层亚波长金属光栅偏振器透射机理的系统分析，将有助于更清晰地理解金属光栅偏振器的偏振透射影响规律。
光栅 透射机理 等效介质理论 亚波长金属光栅 法布里-珀罗共振
1 华中科技大学光电子工程系, 武汉 430074
2 华中科技大学激光技术国家重点实验室, 武汉 430074
为了降低消反射光栅的偏振敏感性,将等效介质理论推广到二维亚波长结构,对一种特定的矩形柱状结构进行了分析。构造了一种分析方法,然后利用光栅结构的有关表达式得到这种二维结构的近似等效系数。并设计了适用于10.6 μm红外波段的二维亚波长消反射光栅,用二元光学的制作工艺在Si衬底上进行了实验制备。测试结果表明:对中心波长为10.6 μm的红外光,这种光栅象单层消反射膜一样,具有很好的增透效果。
物理光学 二元光学 等效介质理论 二维光栅 亚波长结构
将二元的金属-介质非均匀复合物的等效介质理论推广到三元的情况,并由此计算出两种铝阳极氧化着色膜(Au-Cu-Al2O3,Ag-Cu-Al2O3)试样的反射谱。与实验结果对比可看出,计算曲线与实验曲线大致相符,表明了该计算方法在一定范围和条件下的适用性,从而为多元复合表面材料光特性的理论研究提供了一种可行的方法。
三元复合表面膜 等效介质理论 反射谱
