亚波长光学

亚波长金属光栅结构的制备与矢量衍射理论分析

郑改革;詹煜;曹焜;徐林华

【摘要】利用纳米压印结合溅射和反应离子刻蚀工艺制备了周期为1μm、占空比为0.2的亚波长金属光栅,利用紫外-可见-近红外光谱仪测量了光栅的0级反射光谱.在严格耦合波分析的基础上,把光栅区域电磁场的空间谐波通过勒让德多项式展开,使用多项式展开的谱分析法求解常微分方程,计算了该亚波长金属光栅的反射光谱及磁场分布.实验测量结果同矢量衍射理论计算结果都显示,该光栅在近红外、中红外波段具有表面等离子体共振现象.数值计算结果还表明,对于此类亚波长金属光栅,当光栅的深宽比增加时,其反射光谱中会出现更多的反射谷.%We fabricated a

subwavelength metallic grating using nanoimprint technology and

measured the reflection spectrum using ultraviolet-visible-near-infrared

spectrophotometer.Based on the theory of conventional rigorous coupled

wave analysis,we used a new method to analyze the diffraction problems

of subwavelength metallic gratings.We used fast Fourier factorization (FFF)

method to derive the coupled wave equations,then each space harmonic

can be expanded in terms of Legendre polynomials in grating ing

this modified vector diffraction theory,we calculated the diffraction

基于异向传输线的亚波长谐振腔设计

廖绍伟;徐建华;严平;王亚

【期刊名称】《强激光与粒子束》

【年(卷),期】2007(19)6

【摘要】提出了一种新型的谐振腔,该谐振腔的谐振条件与普通谐振腔不同,其两个端面的总相移不必是180°的正整数倍.这种谐振腔由异向传输线和右手传输线两种不同性质的传输线级联构成,它利用耦合腔链作为异向传输线实现负相移,同轴波导作为右手传输线实现正相移,使谐振腔两个端面的总相移为零,满足谐振腔的谐振条件.由于它与传统谐振腔谐振条件不同,理论证明这种谐振腔的长度可远远小于传统谐振腔,设计实例的仿真结果表明这种新型谐振腔的长度最短仅为传统谐振腔的1/7.

【总页数】4页(P939-942)

【作者】廖绍伟;徐建华;严平;王亚

【作者单位】电子科技大学,电子工程学院,成都,610054;电子科技大学,电子工程学院,成都,610054;电子科技大学,电子工程学院,成都,610054;电子科技大学,电子工程学院,成都,610054

【正文语种】中文

【中图分类】TN815

【相关文献】 1.基于单负超材料的高品质因数亚波长谐振腔 [J], 冯团辉;李优

2.基于广义传输线理论的微波谐振腔"热失控"仿真分析 [J], 王世礼;杨彪;陈正标

3.一种基于同轴波导的异向传输线 [J], 廖绍伟;徐建华;王建勋

4.基于亚波长光学谐振腔的纳米聚焦器件 [J], 赵同凯;魏兴战;董小春

5.基于亚波长光栅和三明治结构的偏振无关微环谐振器的设计与仿真 [J], 汪静丽;张见哲;陈鹤鸣

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博士生导师简介-陈林森

苏州大学研究生导师简介

院（系、所）：信息光学工程研究所

姓名：陈林森性别：男出生年月： 1961 年 1月

导师类别：1、博导技术职称：研究员

所在学科专业名称光学工程

主要研究方向 1.微纳光学设计与制造（并行干涉直写、纳米压印）

2.平板显示纳米光子器件

3.紫外激光光刻系统与应用

个人简历 1978.9-1982.6 苏州大学物理系获学士学位

1983.9-1986.6 苏州大学光学专业获硕士学位

1986.7-1988.6 苏州大学激光研究室教师、研究实习员

1988.7-1993.11 苏州大学激光研究室研究室副主任、助理研究员

1993.12-1996.9 苏州大学信息光学工程研究所副所长、硕导、副研究员

1996.9-1997.12 美国卡内基梅隆大学数字光学处理访问学者

1998.1-2007.3 苏州大学信息光学工程研究所所长、博导、研究员

2003.7-2007.12 苏州大学信息光学工程研究所

省工程中心主任、博导、研究员

学术成果主要从事光信息器件与微纳米结构制造方向研究工作，在数字激光图像光刻技术与系统研制、亚波长光学技术、光变色膜技术、紫外干涉光刻技术与设备、激光转移材料技术研究、我国顶级光学防伪技术研究和产业化应用领域，做出了开拓性工作。从事研究工作二十多年来，主持或主要参加国家重点科技攻关计划、国家“863”计划、省高技术研究计划、省“六大人才高峰”计划等多项重大科研项目。在核心期刊上发表论文60余篇，培养研究生10多名。主持或参与发明的专利中（26项），已有12项授权，其中7项为发明专利（第一发明人），14项发明专利正在受理之中。获国家软件著作权登记3项。建立了“江苏省数码激光图像与新型印刷工程技术研究中心”，成为我省运行最好的中心之一，兼任中心主任。

获奖情况 1、2000年10月：“高品质模压全息制品的制版系统与生产技术”获“江苏省科技进步一等奖”，排名第一，证书号：1－6－01, 江苏省人民政府

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。

亚波长光栅及其应用的研究

一、引言

亚波长光栅是指光栅周期小于入射光波长的一种光学元件，具有多种应用场景。本文将对亚波长光栅及其应用进行详细研究。

二、亚波长光栅的制备方法

1. 电子束曝光法：利用电子束在感光材料表面进行曝光和显影，形成亚波长级别的图案。

2. 原子层沉积法：通过原子层沉积技术将金属或半导体材料沉积在基底上，形成亚波长级别的图案。

3. 离子束刻蚀法：利用离子束对材料表面进行刻蚀，形成亚波长级别的图案。

三、亚波长光栅的特性

1. 具有高分辨率和高传输效率。

2. 可以实现多通道分离。

3. 可以实现非球面透镜功能。

四、亚波长光栅在激光技术中的应用

1. 激光全息术：利用亚波长级别的全息记录介质记录激光干涉图案，可以实现高分辨率的图像重建。 2. 激光光栅压缩：利用亚波长级别的光栅对激光进行压缩，可以实现超短脉冲激光的产生。

3. 激光波前调制：利用亚波长级别的光栅对激光进行波前调制，可以实现高质量的激光束成形。

五、亚波长光栅在微纳加工中的应用

1. 纳米结构制备：利用亚波长级别的光栅对材料进行刻蚀或沉积，可以制备出纳米级别的结构。

2. 微纳器件制备：利用亚波长级别的光栅对材料进行加工，可以制备出微纳级别的器件，如微透镜阵列、微流控芯片等。

六、亚波长光栅在生物医学中的应用

1. 免疫检测：利用亚波长级别的全息记录介质记录生物分子信息，可以实现高灵敏度和高特异性的生物分子检测。

2. 细胞成像：利用亚波长级别的全息记录介质记录细胞信息，可以实现高分辨率的细胞成像。

七、亚波长光栅的发展趋势

1. 制备技术的进一步提高，实现更高精度和更大尺寸的亚波长级别光栅。

2. 应用领域的拓展，如在量子计算、光子芯片等领域中的应用。

3. 与其他技术的结合，如与人工智能、虚拟现实等技术结合，实现更多样化和智能化的应用。

八、结论

亚波长光栅具有多种特性和应用场景，在激光技术、微纳加工和生物医学等领域中都有广泛应用。未来随着制备技术和应用领域的不断发展，其应用前景将会更加广阔。

亚波长约束

亚波长约束是一种先进的光学技术，可以实现比传统光学技术更高的分辨率和精度。该技术的原理是利用光的特殊性质，将光束限制在亚波长尺寸内，并利用精密的光学设备进行控制和调节。亚波长约束技术在生命科学、纳米科技、光学传感、信息技术等领域有广泛的应用前景。

亚波长约束技术主要包括两个方面：一是通过改变光的波长和极化方向，使得光能够被限制在亚波长尺寸内；二是利用纳米级的光学组件，如金属膜、光纤探针、聚焦镜头等，对被限制的光进行控制和调节，实现高精度的成像和检测。

在生命科学领域，亚波长约束技术可以用于超分辨率成像和单分子检测。例如，利用亚波长约束技术配合荧光染料可以实现生物分子在纳米尺度下的成像，对于研究细胞活动和分子结构具有重要意义。在纳米科技领域，亚波长约束技术可以用于制备纳米材料，如利用激光在金属薄膜上进行亚波长尺度的加工，可以在纳米尺度下制造出具有特殊物理性质的材料。

在光学传感和信息技术领域，亚波长约束技术可以用于制备高密度的光存储器件和信号调制器。例如，利用亚波长约束技术可以在纳米尺度下制造出光子晶体结构，将光储存在亚波长尺寸的空间中，从而实现高密度的光存储。而利用亚波长约束技术制备的光调制器可以实现高速、高精度的光信号调制，用于光通信和光信息处理等领域。

总之，亚波长约束技术具有广泛的应用前景，可以为生命科学、纳米科技、光学传感和信息技术等领域带来重要的进展。随着技术的不断发展和完善，相信亚波长约束技术将成为未来科技领域的重要基础和核心技术。

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

亚波长和纳米

1.引言

1.1 概述

概述部分的内容应该是对亚波长和纳米的简要介绍和定义。可以按照以下方式编写内容：

引言部分：

亚波长和纳米是两个在科学技术领域中非常重要的概念。亚波长通常指的是波长小于光的真空波长的现象或技术，而纳米是指尺寸在纳米级别的物质或结构。

在现代科学和工程中，由于纳米和亚波长现象的应用变得越来越广泛，我们需要深入了解和探索亚波长和纳米的特性和应用。在本文中，我们将对亚波长和纳米进行详细的介绍和探讨。

本文将分为三个主要部分。首先，在引言部分，我们将给出关于亚波长和纳米的概述，并介绍本文的结构和目的。

然后，在正文部分，我们将详细介绍亚波长和纳米的相关概念、原理和应用。我们将探讨亚波长的研究和技术在光学、电子学、材料科学等领域的重要性，并介绍纳米材料、纳米器件以及纳米技术在生物医学、纳米电子学等领域的应用。

最后，在结论部分，我们将总结整篇文章的主要内容，并展望亚波长和纳米领域的未来发展方向和挑战。

通过对亚波长和纳米的全面探讨，我们希望读者能够更好地理解和应用亚波长和纳米技术，促进这些领域的研究和发展，为科学技术的进步和人类社会的发展做出贡献。

1.2文章结构

文章结构部分的内容应包含以下信息：

文章结构部分旨在介绍本篇长文的整体框架和组成部分，以便读者能够更清楚地理解文章的内容和目的。

本文分为三个主要部分：引言、正文和结论。下面将对每个部分进行详细说明。

1. 引言部分:

引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面。

1.1 概述:

在概述中，将简要介绍亚波长和纳米的概念和背景。可以提到亚波长和纳米在科技领域的重要性和应用前景。

1.2 文章结构:

文章结构部分即是当前所在的部分。在这一部分中，将详细列出本文的大纲和各个章节的标题。文章结构的明确呈现有助于读者更好地理解文章内容的组织结构。

1.3 目的:

在这一小节中，阐明撰写本文的目的和意义。可以描述为推动亚波长和纳米研究的进展、深化对亚波长和纳米的理解等。

亚波长结构类型

亚波长结构是指在光的波长范围内的结构尺寸小于波长的特殊结构类型。在这种结构中，光的传播方式和性质与传统的宏观结构有很大不同。以下是一些常见的亚波长结构类型：

1. 表面等离子体共振器（Surface Plasmon Resonators）：这些结构利用金属或半导体纳米结构的表面等离子体共振效应，将光与物质相互作用，实现光学调控和传感等应用。

2. 光子晶体（Photonic Crystals）：光子晶体是一种由周期性调制的介质组成的结构，可以通过调制折射率来实现对光的传播和控制。光子晶体具有能带结构，可以实现光的禁带和光的导向等特性。

3. 纳米光子学结构（Nanophotonic Structures）：这些结构通常由纳米尺度的材料组成，可以在纳米尺度范围内实现对光的操控和调控。例如，纳米线、纳米柱、纳米孔等结构可以实现光的局域化、增强和方向性放射等效应。

4. 超材料（Metamaterials）：超材料是由具有特定结构的亚波长尺寸单元组成的人工合成材料。超材料具有非常特殊的光学性质，如负折射率、超透镜效应等，可以用于实现超分辨率成像、隐形斗篷等应用。

这些亚波长结构类型在光学、光子学和纳米技术等领域具有广泛的研究和应用价值，可以用于改善光学器件的性能、实现新型光学功能和开发新型光学应用。

亚波长微纳光学的前沿研究(一)

自然杂志　第３４卷第４期　特约专稿　

亚波长微纳光学的前沿研究（一）＊　

庄松林①　王　琦②　朱亦呜③　耿　滔④　张大伟⑤　

①中国工程院院士，②博士，③⑤教授，④副教授，教育部光学仪器与系统工程研究中心；上海市现代光学系统重点实验室；上　

海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海２０００９３　

＊上海市重点学科项目第三期项目（￥３０５０２）；上海市超精密光学加工与检测服务平台建设（１１ＤＺ２２９０３０１）　

关键词　负折射反常多普勒效应黑硅　

材料与结构在微纳米尺度展现了许多不同于宏观尺度的新特征，微纳加工技术已经成为当前科学研究与工业开　

发的热门领域之一。笔者简要介绍了负折射材料和黑硅这两种微纳光学材料的制备及其特性，展示了微纳光学材料　

在新技术中的广阔前景和科技创新中的重要作用。　

１概述　

微纳光学是指微纳米尺度下的光学现象。随着光　

学器件和光学系统不断的微型化，其光学特性也会发生　

变化，当特征尺寸达到微纳米量级时，会出现很多宏观　

条件下没有的新现象。负折射材料的出现，为人们提供　

控制光和电磁波行为的全新手段；而利用飞秒激光脉冲　

与硅材料相互作用获得的黑硅材料，在太阳能电池等应　

用研究领域有着广泛的应用前景。笔者简要介绍其所　

在研究小组在特殊的光学材料——负折射材料和黑硅　

材料制备和特性研究方面的相关进展。　

２负折射材料及研究现状　

在自然界中，物质的电磁性质可以使用介电常数ｅ　

和磁导率　来描述。根据麦克斯韦方程可知，平面电磁　

波的波矢ｋ，电场强度Ｅ和磁场强度Ｈ三者两两垂直，　

遵守右手定则ｋ＝Ｅ　ｘ　Ｈ。电磁波的能量传播方向由坡　

印廷矢量Ｓ决定，在一般电磁介质中，坡印廷矢量Ｓ的　

方向和波矢ｋ的方向相同。那么，是否存在一种特殊的　

介质，当平面电磁波在其中传播时，波矢ｋ，电场强度Ｅ　

和磁场强度Ｈ三者不再遵守右手定则ｋ＝Ｅ×Ｈ，而是　

遵守左手定则ｋ＝一Ｅ×Ｈ，使得坡印廷矢量Ｊｓ的方向　

和波矢ｋ的方向相反？苏联物理学家Ｖｅｓｅｌａｇｏ［　］最早　