1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了满足红外探测器件集成化和对红外宽光谱范围吸收的需求, 设计了一种工作在长波红外波段(8~14 μm)的超宽带、高吸收、极化不敏感的超材料吸收器。通过在金属-介质-金属三层异质的超材料吸收器结构的顶部金属周围镶嵌一层介质形成超表面, 以增加谐振强度和吸收带宽。在8~13.6 μm的带宽范围内, 该结构有超过90%的平均吸收率, 覆盖了大部分长波红外大气窗口波段, 对红外探测领域有着重要意义。研究结果表明: 镶嵌的金属-介质组成的介质波导模式和谐振腔模式的结合以及传播型表面等离激元模式的激发是形成宽带高吸收的主要原因, 并且谐振模式的谐振波长可以通过相关参数来进行调控。本文的研究结果为可调谐宽带长波红外吸收材料的设计提供参考, 该设计方法可推广到中波红外波段、甚至长波红外或其它波段。
超材料吸收器 长波红外 介质波导 谐振腔模式 metamaterial absorber long wavelength infrared dielectric-loaded waveguide cavity mode
兰州大学 信息科学与工程学院 现代通信技术研究所, 兰州 730000
基于表面等离子激元理论与金属-介质-金属波导结构提出一个由开口方环共振空腔、挡板及MIM波导组成的波导结构, 并使用有限元方法系统地研究了该结构的透射特性.仿真计算结果表明：该结构可以产生法诺共振现象, 其共振波长可以通过改变开口方环空腔的长度及开口大小进行调节, 该结构敏感度可达1 600 nm/RIU,品质因数为1.31×105.此外, 通过调整方环共振空腔上开口的位置, 在波导中产生了双重法诺共振现象, 其敏感度可达1 700 nm/RIU, 品质因数为8.3×104.该结构有望在光学集成回路, 尤其是纳米生物传感器方面得到比较广泛的应用.
表面等离子激元 开口方环谐振腔 法诺共振 介质波导 传输谱 品质因数 光学传感与传感器 Surface plasmon polaritons Square split-ring resonance cavity Fano resonance Dielectric waveguide Transmission spectra Figure of merit Optical sensing and sensors
1 新疆兵团广播电视大学, 乌鲁木齐 830001
2 新疆医科大学, 乌鲁木齐 830001
目前SPP(表面等离子激元)技术应用面临的主要困难依然是SPP传播中的高损耗问题, SPP波导亚波长约束与传播距离的矛盾和SPP传播中的强烈衰减是当前表面等离子研究的关键问题。文章采用非对称介质波导结构设计了一种加载玻璃的SPP传播优化器件, 应用的SPP激发模型与Kretschmann结构类似, 实现了无需牺牲波导亚波长尺寸来提高SPP传播距离。FDTD(有限差分时域)方法分析结果表明: 改进的波导结构能够显著增加SPP传播距离, 提高电场强度, SPP传播距离提高了近20倍。对比不同厚度的薄膜层可以看出, 薄膜最薄时, 局域化效果最好；改进的结构显著增加了SPP耦合效果。这种加载玻璃的SPP传播优化器件为SPP在新型光子器件、宽带通信系统、微小光子回路和光电子集成等方面的应用提供了关键器件。
亚波长光学 介质-金属-介质波导 加载玻璃 Kretschmann结构 subwavelength optics Insulator-Metal-Insulator(IMI) waveguides loads of glass Kretschmann structure
透明光学玻璃中的氧化铟锡(ITO)是一种高度简并的半导体，其介电常数随入射波长变化且为复数。以此作为介质层，设计了Ag-ITO-Ag波导结构，研究了其表面等离子激元（SPP）的相关特征参数及电磁波在该结构中的传输特性。具体给出了这种结构波导的场分布、SPP波长、传播距离及色散方程的表达式，讨论了其色散特性；研究了其群速度随入射波长的变化关系，讨论了介质层厚度对群速度的影响，以及相同的覆层结构(Ag)不同中心介质(ITO,air,SiO2)对群速度的影响及其慢光效应。结果表明，Ag-ITO-Ag波导结构更有利于光子器件的小型化和集成化。
表面光学 表面等离子激元 金属包覆介质波导 色散 群速度 激光与光电子学进展
2016, 53(5): 052401
四川大学物理科学与技术学院, 四川 成都 610064
针对纳米光栅的加工需求，提出一种以柱形光栅耦合结构为基础的单模共振干涉光刻方法。该方法以柱形光栅耦合结构为掩模，结合光刻胶和基底层形成介质波导，入射光经过光栅衍射后以特定衍射级次(±1级)进入光刻胶形成干涉条纹，光刻胶作为波导层，可将入射光光强增强25～50倍，从而大大提高了光能利用率。采用441 nm的入射光，通过模拟计算，可以得到周期小于λ/3、凹槽宽度为42～88 nm（λ/10～λ/5）的纳米结构。
光栅 介质波导 单模共振干涉 光刻
兰州交通大学 自动化与电气工程学院，甘肃 兰州730070
为了寻找最佳截止特性的填充介质脊波导结构，提出了填充介质倒梯形对称双脊波导。采用有限元法借助MATLAB软件计算了填充介质倒梯形对称双脊波导在TE模式下的截止特性，即主模截止波长和单模带宽。绘制出主模场结构图，并分析脊波导截止特性与填充介质相对介电常数之间的关系，给出了关系曲线图。这些结果将对填充介质波导的设计和工程应用提供一定的理论依据和数据参考。
截止特性 填充介质波导 有限元法 脊波导 单模带宽 cutoff characteristics dielectric-loaded waveguide finite element method ridge waveguide single-mode bandwidth
中山大学 物理科学与工程技术学院,广州 510275
讨论了两条平行硅周期介质波导间的定向耦合效应,根据晶格移动时耦合长度的改变选择一个合适的耦合区域设计了一个可实现任意比例的功率分配器。功率分配比可从0∶1变到1∶0。并运用时域有限差分法模拟了器件的性能,结果表明在整个晶格移动过程中光信号的传输效率均在92％以上。
周期介质波导 定向耦合效应 功率分配器 periodic dielectric waveguides directional coupling effect power splitter
1 安徽大学电子科学与技术学院, 安徽 合肥 230039
2 安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230039
3 安徽省信息材料与器件重点实验室, 安徽 合肥 230039
研究了一种“光子晶体多层膜+波导层+光子晶体多层膜”对称薄膜的波导特性，光子晶体多层膜的第一禁带频率范围为73～99 THz。 采用多层介质平板波导理论研究了频率在73～99 THz间的电磁波在波导中的传输特性。结果表明波导传输的是TE0 和TM0 基模， 对于高次模式，不能在波导中传输，另外，频率在73～99 THz间的电磁波在波导层(中心层)的功率约束因子(Γ)在0.99～1之间， 即此时电磁波几乎完全局限在波导层内传输，为了比较，处在光子带隙外的频率分别为40 THz和50 THz的电磁波在波导层内的功率约束因子 分别为0.84和0.86，因此，利用光子带隙特征，由光子晶体多层膜构造的对称薄膜波导具有超低损耗特性。
波导光学 光子晶体波导 超低损耗 多层介质波导理论 功率约束因子 传输模式 waveguide optics photonic crystal waveguide ultra-low attenuation multilayer dielectric wave-guide method power constrained factor transmission mode
1 浙江大学 光及电磁波研究中心，杭州 310058
2 中国计量学院 太赫兹技术与应用研究所，杭州 310018
研究了单光子晶体界面介质波导中的慢光效应.芯层-空气层界面的全内反射效应以及光子晶体基底的禁带效应共同形成了对光场能量的横向约束.用基于超元胞的平面波展开法计算得到了导模色散曲线，并据此对其色散、群速以及群速色散性质做了详尽分析.由于利用了色散曲线慢光区域内拐点附近低群速色散的部分，该单光子晶体界面介质波导具有良好的慢光特性.对两个不同导模计算得到的平均群速分别为c/98和c/376，可用相对频带宽度分别达到2.1×10－3和4.1×10－4.另外，该慢光结构可以侧向耦合的方式克服光子晶体慢光波导耦合困难的缺点.
光子晶体 慢光 介质波导 群速色散 Photonic crystal Slow light Dielectric waveguide Group velocity dispersion
