亚波长光栅光学
第16讲_亚波长共振光栅
相位匹配条件:
SPP kinc,x mK
12
LGM kinc,x mK
leaky: 泄漏的
6
2014/3/17
3. 导模共振光栅(Guided-mode resonance GMR)
导模共振光栅的几何外形
•高折射率波导层 •两个低折射率包层 •波导层顶部的光栅（耦合元件） 其它可能的变化:
14
Further reading: Ding and Magnusson, Opt. Express 15, 680 (2007)
7
2014/3/17
输入耦合示意图：
-1 -2
Inc
0 +1
βLGM k// K
15 15
schematic: 示意图
输出耦合示意图：
16
8
2014/3/17
单模 vs. 多模:
GMRF 可代替布儒斯特窗用 作激光腔镜滤波器产生的高 Q值的偏振输出
GMRF 作为部分反射滤波器 可以产生可调谐偏振输出
Magnusson and Wang, APL 61, 1022 (1992) Magnusson and Wang, AO 34, 8106 (1995) 23
tunable: 可调谐的
2D GMRF
通过入射设置可以激发不同的共振模式
Boonruang et al., AO 46, 7982 (2007) 24
12
2014/3/17
应用 2: 生物传感
生化结合反应的无标记检测
反应分子沉积在传感器表面吸附，导致谐振波长向长波移动
Cunningham et al., Sensors and Actuators B 85, 219 (2002) 25
亚波长介质光栅的导模共振效应特性研究
亚波长介质光栅的导模共振效应特性研究
近年来，介质光栅由于其可以实现有效调谐介质的特性，成为非线性光学技术的主要研究热点。
共振介质光栅被认为是一种有效的非线性光学技术，可以实现微米和纳米尺度的光子调谐。
在研究氦-波瓦维梅及其他介质中的共振介质光栅时，其共振效应特性被作为一项重要研究领域。
近些年研究发现，尾resonant模型是一种有效的近太赫兹域共振模式，常用于描述较高维度介质光栅的共振响应，它与双折射共振器的灵敏度具有更高的共性。
在介质光栅宽波长共振器的研究过程中，尾resonant模型被用于研究其共振特性，而对其模型进行分析也对了解其具体工作原理有重要意义。
然后，本文以氦-波瓦维梅介质光栅为例，使用尾resonant模型，从理论上分析并计算其共振效应特性。
研究表明，介质光栅在低太赫兹频率范围内表现出较高的共振效应，可以实现有效的太赫兹调谐；在高输出阻抗半波长介质光栅中，通过调整共振器的载流子数量可以最大化共振效应；而在半波长介质光栅中，调节电极间距可以调整共振带宽，实现宽波长的调谐效果。
本文结合介质光栅的尾resonant模型，以氦-波瓦维梅介质光栅为例，从理论上分析其共振效应特性，发现其具有良好的共振响应特性，且可通过改变其输入参数来最大化共振效应，具有高精度、快速调谐介质等特点，为进一步制作和优化共振介质光栅提供有益参考。
亚波长光栅实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解亚波长光栅的基本原理和特性。
2. 掌握亚波长光栅的制备方法。
3. 通过实验验证亚波长光栅的衍射特性。
4. 分析亚波长光栅在光通信等领域的应用潜力。
二、实验原理亚波长光栅（Sub-wavelength Grating，SWG）是一种新型光学器件，其周期远小于光波波长，具有结构简单、设计灵活、效率高、易于集成等优点。
亚波长光栅通过在光波导中引入亚波长周期性结构，实现对光波的调控，从而在光通信、光传感器、光开关等领域具有广泛的应用前景。
亚波长光栅的衍射特性主要由其结构参数决定，包括周期、狭缝宽度、填充因子等。
当光波垂直入射到亚波长光栅上时，会发生衍射现象，形成特定角度的衍射光。
通过合理设计亚波长光栅的结构参数，可以实现光波的整形、滤波、分束等功能。
三、实验器材1. 光栅制备设备：光刻机、光刻胶、显影液等。
2. 光源：激光器或白光光源。
3. 光路系统：分束器、光栅、透镜、探测器等。
4. 数据采集系统：光电探测器、数据采集卡等。
四、实验步骤1. 亚波长光栅制备：采用光刻技术，在光波导上制备亚波长光栅结构。
2. 光路搭建：搭建光路系统，将光源、分束器、光栅、透镜、探测器等连接好。
3. 实验测量：调整光路参数，使光波垂直入射到亚波长光栅上，通过探测器采集衍射光信号。
4. 数据处理：对采集到的数据进行分析，计算亚波长光栅的衍射效率、衍射角度等参数。
五、实验结果与分析1. 亚波长光栅衍射效率：实验结果表明，亚波长光栅的衍射效率较高，说明其结构设计合理，光波在光栅上的衍射效果较好。
2. 衍射角度：实验结果表明，亚波长光栅的衍射角度与理论计算值基本一致，说明实验结果具有较高的可靠性。
3. 光栅性能分析：通过对实验数据的分析，可以得出亚波长光栅在光通信等领域的应用潜力，例如滤波、分束、整形等功能。
六、实验总结1. 亚波长光栅具有结构简单、设计灵活、效率高、易于集成等优点，在光通信、光传感器、光开关等领域具有广泛的应用前景。
亚波长光栅光学异常透射及wood异常现象的机理研究
亚波长光栅光学异常透射及wood异常现象的机理研究大家好，今天我们来聊聊一个神奇的话题：亚波长光栅光学异常透射及wood异常现象的机理研究。
这个话题听起来有点高深莫测，但其实它就是研究一种特殊的光学现象，让我们一起来揭开它的神秘面纱吧！我们来简单介绍一下亚波长光栅。
亚波长光栅是一种特殊的光学元件，它是由许多平行排列的凹槽和反射面组成的。
这些凹槽和反射面的尺寸都非常小，通常在10-100纳米之间，所以它们可以有效地将入射光分散成不同波长的光线。
这种分散效应使得亚波长光栅在光学研究领域具有非常重要的应用价值。
亚波长光栅为什么会产生光学异常透射呢？这是因为亚波长光栅的特殊结构使得入射光在经过多次反射和衍射后，会产生一些非期望的透射现象。
这些现象可能会导致图像失真、色彩偏移等问题，从而影响到光学系统的性能。
因此，研究亚波长光栅的光学异常透射现象对于提高光学系统的性能具有重要意义。
我们再来聊聊wood异常现象。
Wood异常现象是指在光学系统中，当光源与观察者之间的距离发生变化时，观察者会看到一些奇怪的颜色变化。
这种现象最早由英国物理学家亨利·伍德在19世纪末发现，因此被称为wood异常现象。
虽然wood异常现象看起来很神奇，但实际上它是由于光线在传播过程中发生了色散和衍射等现象导致的。
如何研究亚波长光栅的光学异常透射及wood异常现象的机理呢？这需要我们运用一些专业的光学理论和实验技术。
我们需要了解亚波长光栅的结构和性质，以及它在光学系统中的作用。
我们可以通过设计不同的实验方案，来观察和分析亚波长光栅在不同条件下的光学行为。
例如，我们可以改变光源的位置、角度等参数，以研究这些参数对亚波长光栅光学行为的影响。
我们还可以利用现代的光谱学和成像技术，来更直观地观察和分析亚波长光栅的光学异常透射及wood异常现象。
亚波长光栅光学异常透射及wood异常现象的机理研究是一个非常有趣且具有挑战性的课题。
通过深入研究这些问题，我们不仅可以提高光学系统的性能，还可以为未来更先进的光学技术的发展奠定基础。
亚波长金属偏振光栅设计与分析
亚波长金属偏振光栅设计与分析康宁;唐军;李大林;陈萌;杨江涛;郭浩;刘俊【摘要】In order to resolve atmospheric optics polarization pattern for accurate navigation,a sub-wavelength metallic polarizer is designed based on rigorous coupled-wave analysis( RCWA),which is suitable for structure of compound eye. Aiming at single and bi-layer metallic grating with different period,duty cycle and metal layer thickness are simultated and analyzed,actual technological level and cost into consideration,bi-layer metallic grating with period of 200 nm,duty cycle of 0. 5 and metal layer thickness of 100 nm is chosen for polarizer of compound eye,TM polarized light transmittance of blue light in central band 450 nm of the designed bi-layer metallic grating achieve 45 %,and the extinction ratio achieve 450,satisfy requirements for polarization navigation.%为解算大气偏振态来实现精确导航，基于严格耦合波分析，设计了适用于复眼结构的亚波长金属偏振器。
亚波长偏振光栅的研究进展
亚波长偏振光栅的研究进展ＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＳｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＧｒａｔｉｎｇｓ赵华君１袁代蓉１吴正茂２１重庆文理学院物理与信息工程系，重庆４０２１６０２西南大学物理科学与技术学院，重庆４００７１!"５ＺｈａｏＨｕａｊｕｎ１ＹｕａｎＤａｉｒｏｎｇ１ＷｕＺｈｅｎｇｍａｏ２１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０２１６０，Ｃｈｉｎａ２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４００７１５，Ｃｈｉｎａ#$$$$$$$%&’’’’’’’(１引言光栅作为一种常用的光学元件，在各类光学系统中起着重要作用。
光栅主要有色散、分束、偏振及相位匹配四个基本特性。
以前光栅的应用大都基于光栅的色散和分束特性，而对具有偏振特性的偏振光栅（ＰＧｓ）的研究相对较少。
近年来，人们逐步认识到光栅具有优良的偏振特性，并开展了大量的研究［１￣１５］。
理论和实验都表明，当光栅的周期尺寸接近或者小于入射光波长时，将表现出较强的偏振特性，利用光栅的偏振特性，可以制作各种偏光器件，如偏振光检测器、偏振分束器、相位延迟器、各种波片等［２￣７］。
光栅的周期小于入射光的波长称为亚波长光栅，亚波长光栅具有特殊的偏振衍射特性，可以实现偏振、分束、增透、高反、窄带滤波等功能［８￣１０］，基于光栅偏振特性的亚波长偏振光栅作为一种新型偏振光学元件［１１，１６］，通过对光波偏振态的周期性调制，产生一种偏振依赖的衍射场［１７］，可将单色平面波分裂成若干束具有不同偏振态的子光波。
亚波长偏振光栅除了能替代晶体作偏振光分束器外，还可以用作光开关、光互联器件，并且在偏振模色散（ＰＭＤ）的测量和补偿、偏振光的实时检测、偏振光数据处理、生物成像、偏振光相关的仪器设备等领域都有较多的应用［１７￣２４］。
介质人工微纳结构与亚波长光栅
介质人工微纳结构与亚波长光栅在这个科技日新月异的时代，大家都知道，光是个特别神奇的东西。
它不仅能让我们看见世界的美好，还能以各种奇妙的方式和我们“玩耍”。
不过，大家有没有想过，光在某些时候就像个调皮捣蛋的小孩子，想怎么走就怎么走，根本不听命令。
好在，聪明的科学家们早就发现了怎么控制这些小家伙，让它们乖乖地听话。
今天咱们聊聊的，正是控制光的神器之一——介质人工微纳结构与亚波长光栅。
听起来是不是有点高大上？咱们就把它当作一种能让光“乖乖站好”的技术来理解。
光的波长大家都不陌生吧？简单来说，波长就是光波“一个周期”走过的距离。
就像海浪一样，波峰波谷的距离就是波长。
而不同颜色的光，它们的波长也是不一样的——红光的波长长，蓝光的波长短。
通常来说，咱们肉眼看到的光波长是比较大、肉眼能看见的那种。
但是问题来了，光的波长其实是很小很小的，要想让它在一块微小的物体上发挥作用，就得借助一些特制的“工具”。
这时候，介质人工微纳结构和亚波长光栅就派上了大用场。
你可能会问，什么是微纳结构？其实这就好比是给物体“量身定制”了一套超精细的“衣服”。
这些结构的大小，比光的波长还要小，可以把光导引、折射，甚至让它变成一种你意想不到的形态。
想象一下，你要在一个超小的范围内找到一块水晶，控制它每一丝光的走向，这可不是一般的难事。
可要是有了这些微小的结构，光的表现就能更加精准、灵活。
而亚波长光栅，简单来说就是那些超细小的“纹理”，当光波撞上这些纹理时，光的行为就发生了变化。
比如，它的传播方向、速度，甚至是波长，都会发生微妙的改变。
这一改变，让我们能够创造出各种各样的光学效应，简直像是给光加上了“魔法”。
咱们来聊聊这些技术能给我们带来啥。
说实话，应用可真的是广泛到不行，光学传感、激光通信、甚至医疗设备都能从中获益。
比如，想要做一个精度极高的传感器？没问题，利用这些微纳结构，可以让传感器的探测能力提升一个大台阶；想要让激光传输更远、速度更快？这些亚波长光栅简直是“加速器”，能帮助光信号无阻碍地冲刺。
用边界元方法研究亚波长金属光栅的光学特性的开题报告
用边界元方法研究亚波长金属光栅的光学特性的开题报告
一、选题背景和研究意义
亚波长金属光栅在光学领域有着广泛的应用，如表面等离子体共振传感器、太阳能电池、LED等。
其中，其光学性质的研究对于光子学、纳米光子学等领域具有重要的理论和应用价值。
然而，由于其几何形状尺寸特别小，因此难以通过传统的有限元法、有限差分法进行研究。
通过采用边界元方法研究亚波长金属光栅的光学特性，可以准确地描述亚波长反射光谱、透射光谱等光学性质，为实际应用提供理论依据。
二、研究内容和方案
（一）研究内容
1.研究亚波长金属光栅的光学特性，包括反射光谱、透射光谱等；
2.采用边界元方法模拟亚波长金属光栅的电磁场分布；
3.模拟亚波长金属光栅的传输特性，包括透射率、反射率等。
（二）研究方案
1.建立亚波长金属光栅的边界元模型；
2.通过边界元法求解金属光栅的电磁场分布；
3.计算亚波长金属光栅的反射光谱、透射光谱等光学性质；
4.分析不同材料、不同结构参数对光学性质的影响；
5.与实验结果进行比较，验证边界元方法的准确性；
6.在该基础上，进一步探索亚波长金属光栅在表面等离子体共振传感器、太阳能电池、LED等领域中的应用。
三、研究意义
本研究能够在光学领域中对亚波长金属光栅的光学特性进行分析和研究，为其在光学器件中的应用提供理论基础。
同时，本研究采用边界元法对亚波长金属光栅进行建模，为进一步推广和完善边界元方法在纳米光子学领域的应用提供了参考。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
亚波长光栅光学
一、概述
亚波长光栅光学是一种新型的光学技术，可以在纳米级别上对光进行
调控，具有广泛的应用前景。
其基本原理是利用亚波长级别的周期性
结构来实现对光的衍射和干涉，从而达到对光学信号进行调控的目的。
二、亚波长光栅的制备
1. 电子束曝光法
电子束曝光法是一种高精度制备亚波长光栅的方法。
它利用电子束在
样品表面扫描，通过控制电子束束径和扫描速度等参数来实现对样品
表面进行局部曝光，形成亚波长级别的周期性结构。
2. 原子层沉积法
原子层沉积法是另一种常用于制备亚波长光栅的方法。
它利用化学反
应将材料原子逐层沉积在基底上，在不同层之间形成亚波长级别的周
期性结构。
三、亚波长光栅在传感器中的应用
1. 全息显微镜传感器
全息显微镜传感器利用亚波长光栅制备的光学元件，可以实现对生物
样品的高分辨率成像。
其原理是将样品置于亚波长光栅上方，利用样
品对光的散射和衍射产生干涉图案，再通过光学系统进行成像。
2. 光纤传感器
光纤传感器利用亚波长光栅制备的光纤端面，可以实现对环境参数如温度、压力等的高精度测量。
其原理是将亚波长光栅制备在光纤端面上，当外界环境参数改变时，会引起反射信号的相位和幅度变化，从而实现对环境参数的测量。
四、亚波长光栅在信息存储中的应用
1. 全息存储
全息存储利用亚波长光栅制备的全息片来实现信息存储。
其原理是将信息通过激光束记录到全息片上，在读取时再通过激光束进行解码。
2. 全息显微镜
全息显微镜可以通过亚波长级别的周期性结构来实现高分辨率成像。
其原理是将样品置于亚波长级别的周期性结构上方，利用样品对光的散射和衍射产生干涉图案，再通过光学系统进行成像。
五、亚波长光栅在光通信中的应用
1. 光纤光栅滤波器
光纤光栅滤波器利用亚波长级别的周期性结构来实现对特定波长的光进行滤波。
其原理是将亚波长级别的周期性结构制备在光纤上，当特定波长的光经过时会发生衍射，从而实现对该波长的滤波。
2. 全息显微镜传输
全息显微镜传输利用亚波长级别的周期性结构来实现高速、高带宽的
信号传输。
其原理是将信号通过激光束记录到亚波长级别的周期性结
构上，再通过激光束进行解码和传输。
总之，亚波长光栅技术具有广阔的应用前景，在生物医学、信息存储、通信等领域都有着重要作用。
随着制备技术和应用研究的不断深入，
相信这一领域会有更多令人惊喜的发展。