留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

嵌入式光栅多层结构锥形衍射的严格耦合波理论研究

杨亮,  李艳秋,  马旭,  盛乃

downloadPDF
文章导航 > 红外与激光工程  > 2014 >  43(6): 1899-1904
杨亮, 李艳秋, 马旭, 盛乃. 嵌入式光栅多层结构锥形衍射的严格耦合波理论研究[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1899-1904.
引用本文: 杨亮, 李艳秋, 马旭, 盛乃. 嵌入式光栅多层结构锥形衍射的严格耦合波理论研究[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1899-1904.
shu
Yang Liang, Li Yanqiu, Ma Xu, Sheng Naiyuan. Rigorous coupled wave analysis of grating-embedded multilayer structure conical diffraction[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(6): 1899-1904.
Citation: Yang Liang, Li Yanqiu, Ma Xu, Sheng Naiyuan. Rigorous coupled wave analysis of grating-embedded multilayer structure conical diffraction[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(6): 1899-1904.
shu

嵌入式光栅多层结构锥形衍射的严格耦合波理论研究

  • 1.

    北京理工大学光电学院,北京 100081

基金项目: 

国家自然科学基金重点项目;国家中长期科技重大专项（F050809/60938003）

详细信息
    作者简介:

    杨亮（1984-），男，博士生，主要从事微纳光学方面的研究工作。Email：yangliang_BIT@163.com

  • 中图分类号: O436;TN214

Rigorous coupled wave analysis of grating-embedded multilayer structure conical diffraction

  • 1.

    School of Optoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China

  • 摘要: 基于严格耦合波分析理论，将嵌入式光栅多层结构平面衍射的理论模型扩展至锥形衍射的情况，可以模拟具有任意波长、偏振态、方位角和入射角的平面波入射该多层结构后形成的衍射。在此基础上，研究了微机械声光传感器锥形衍射中+1 级光衍射效率的收敛性。仿真表明：TM（Transverse Magnetic）偏振光入射且光栅周期为4 m 时，当谐波数M（2n+1）分别为67、69、71 时，+1级光衍射效率分别为28.86%、28.84%、28.86%，收敛性较好。另外，优化了微机械声光传感器的位移灵敏度，当入射角为22、方位角为10、光栅周期为1 m 时，与周期为4 m 的+1 级衍射光相比，TE、TM 偏振光入射时0、+1 级衍射光的位移灵敏度均提高一倍，可以准确地监测该传感器中声压或驱动电压引起的金属膜的位移。
    Abstract: Based on rigorous coupled wave analysis, the models for grating-embedded multilayer structure planar diffraction were generalized to the case of conical diffraction. The proposed method can be used to calculate the light diffracted from the grating-embedded multilayer structure with arbitrary wavelength, polarization, azimuthal angle and incident angle. For the micromachined optoacoustic sensor, the convergence performance of the diffraction efficiencies of the reflected +1st order in conical diffraction was investigated. The simulations show that using a 4m grating period and TM (Transverse Magnetic) polarization, when the numbers of harmonics M(2n+1) are 67, 69 and 71, the diffraction efficiencies of the +1st order are 28.86%, 28.84% and 28.86%, respectively. Then the displacement sensitivity of the micromachined optoacoustic sensor was optimized. When the incident angle, the azimuthal angle and the grating period are 22, 10and 1 m, respectively, compared with the +1st diffracted orders of 4 m grating period, the displacement sensitivity of the 0th and +1st orders under TE and TM polarization was nearly doubled. It can be used to accurately monitor the metal membrane displacement induced by the acoustic pressure or electrostatic actuation voltage.
  • [1] Wang Bo. Polarization-sele ctivity of high-density phase gratings[J]. Chinese Journal of Optics and Applied Optics, 2010, 3(4): 348-352. (in Chinese) 王博.高密度相位光栅的偏振选择性[J]. 中国光学与应用光学, 2010, 3(4): 348-352.
    [2]
    [3] Cai Tuo, Sang Tian, Zhao Hua. Coupled-wave analysis, numerical calculation and discussion for diffraction properties of grating[J]. Opto-Electronic Engineering, 2010, 37(4): 141-146. (in Chinese) 蔡托, 桑田, 赵华. 光栅衍射特性的耦合波分析尧计算与讨论[J]. 光电工程, 2010, 37(4): 141-146.
    [4]
    [5] Fan Shuwei, Zhou Qinghua, Li Hong. Research of optimization design of groove diffraction grating profile parameters[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30 (11): 3133-3139. (in Chinese) 樊叔维, 周庆华, 李红. 槽型衍射光栅结构参数优化设计研究[J]. 光学学报, 2010, 30(11): 3133-3139.
    [6]
    [7]
    [8] Wang Haibin, Wu Jianhong, Liu Quan. Diffraction characteristics of convex rectangular grating[J]. Laser Journal, 2010, 31(4): 15-17. (in Chinese) 汪海宾, 吴建宏, 刘全. 凸球面矩型槽光栅的衍射特性. 激光杂志, 2010, 31(4): 15-17.
    [9] Yang Huiyin, Zhang Dawei, Huang Yuansheng, et al. Analysis of the electromagnetic field in the subwavelength grating using methods of coupling-wave and pattern-matching respectively[J]. Laser Journal, 2011, 32(1): 29-31. (in Chinese) 杨惠尹, 张大伟, 黄元申, 等. 耦合波法和模式匹配法分析亚波长光栅中的光场分布[J]. 激光杂志, 2011, 32(1): 29-31.
    [10]
    [11] Moharam M G, Gaylord T K. Rigorous coupled-wave analysis of planar-grating diffraction[J]. J Opt Soc Am, 1981, 71(7): 811-818.
    [12]
    [13] Moharam M G, Grann E B, Pommet D A, et al. Formulation for stable and efficient implementation of the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings[J]. J Opt Soc Am A, 1995, 12(5): 1068-1076.
    [14]
    [15] Moharam M G, Pommet D A, Grann E B, et al. Stable implementation of the rigorous coupled-wave analysis for surface-relief gratings:enhanced transmittance matrix approach[J]. J Opt Soc Am A, 1995, 12(5): 1077-1086.
    [16]
    [17] Li L F, Haggans C W. Convergence of the coupled-wave method for metallic lamellar diffraction gratings[J]. J Opt Soc Am A, 1993, 10(6): 1184-1189.
    [18]
    [19]
    [20] Peng S, Morris G M. Efficient implementation of rigorous coupled-wave analysis for surface-relief gratings[J]. J Opt Soc Am A，1995, 12(5): 1087-1096.
    [21]
    [22] Lalanne P, Morris G M. Highly improved convergence of the coupled-wave method for TM polarization[J]. J Opt Soc Am A, 1996, 13(4): 779-784.
    [23] Li L F. Use of Fourier series in the analysis of discontinuous periodic structures[J]. J Opt Soc Am A, 1996, 13(9): 1870-1876.
    [24]
    [25] Lee W, Degertekin F L. Rigorous coupled-wave analysis of multilayered grating structures[J]. Journal of Lightwave Technology, 2004, 22(10): 2359-2363.
  • [1] 梁利杰, 刘丽琴, 管钰晴, 孙佳媛, 邹文哲, 郭创为, 张玉杰, 褚小要, 郭斌, 雷李华.  自溯源光栅衍射效率的分析与研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(11): 20230356-1-20230356-9. doi: 10.3788/IRLA20230356
    [2] 周平, 吴永前, 张蓉竹.  一种可降低Littman-Metcalf光栅外腔半导体激光器衍射损耗的结构设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20220206-1-20220206-7. doi: 10.3788/IRLA20220206
    [3] 王家天, 刘闯, 任姣姣, 张丹丹, 顾健.  多层胶接结构胶层均匀性的太赫兹时域表征方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210430-1-20210430-7. doi: 10.3788/IRLA20210430
    [4] 郑青泉, 王春阳, 王子硕, 王增, 康丁.  斜入射下液晶偏振光栅衍射特性研究 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210511-1-20210511-9. doi: 10.3788/IRLA20210511
    [5] 吴子若, 蔡燕妮, 王星睿, 张龙飞, 邓晓, 程鑫彬, 李同保.  基于多层膜光栅的AFM探针结构表征研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0213002-0213002. doi: 10.3788/IRLA202049.0213001
    [6] 陈瑞, 柳夏, 王虹, 石伟怡, 刘伟男, 江绍基, 董建文.  从亚波长光栅到超构光栅：原理、设计及应用 . 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20201039-1-20201039-22. doi: 10.3788/IRLA20201039
    [7] 周国尊, 田维坚.  使用亚波长光栅器件产生圆柱型矢量光束 . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 320004-0302004(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0302004
    [8] 吴少强, 冯向华, 卫正统, 吴天昊.  聚合物波导光栅耦合器的衍射场仿真 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 422001-0422001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0422001
    [9] 张晔岚, 张昆, 孔伟金, 李采彧, 夏峰, 云茂金.  基于二氧化硅薄膜夹层式亚波长金属光栅的宽波段太赫兹偏振分束器 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 520003-0520003(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0520003
    [10] 史叶欣, 李九生.  双层石墨烯电控开关设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(5): 520003-0520003(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0520003
    [11] 孙胜明, 范杰, 徐莉, 邹永刚, 马晓辉, 陈琦鹤.  976 nm锥形半导体激光器结构设计与优化 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1205004-1205004(6). doi: 10.3788/IRLA201746.1205004
    [12] 郭旭东, 董亭亭, 付跃刚, 陈驰, 温春超.  圆锥形仿生蛾眼抗反射微纳结构的研制 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 910002-0910002(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0910002
    [13] 杜鸣笛, 贾雅琼, 何淑珍.  亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子体影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 825003-0825003(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0825003
    [14] 季淑英, 孔伟金, 李娜, 车卫康, 司维, 徐志恒.  800 nm亚波长夹层式金属偏振分束光栅 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 820002-0820002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0820002
    [15] 李金鹏, 陈磊, 方波, 朱文华.  动态干涉仪的位相光栅衍射效率研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2696-2701.
    [16] 乔永明, 马彩文, 靳虎敏, 郝伟, 吕涛.  伞状多层分布式结构光学跟踪平台研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3673-3677.
    [17] 武阿妮, 李晨毓, 周庆莉, 刘建丰, 孙会娟, 杨舟, 张存林.  温度对太赫兹亚波长金属结构共振特性的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1832-1835.
    [18] 母一宁, 李平, 王贺.  单光栅与双光栅衍射角度检测对比分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1616-1620.
    [19] 冷雁冰, 董连和, 孙艳军.  1×11亚波长结构Dammann光栅的研制 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 812-817.
    [20] 胡欣, 张文攀, 殷瑞光, 李慧, 赵琳锋, 刘艳芳.  激光在锥形多模光纤中的耦合效率与传输模式 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 372-375.
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  421
  • HTML全文浏览量:  83
  • PDF下载量:  280
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-14
  • 修回日期:  2013-11-15
  • 刊出日期:  2014-06-25

嵌入式光栅多层结构锥形衍射的严格耦合波理论研究

  • 1. 北京理工大学光电学院,北京 100081
    • 作者简介:

    杨亮（1984-），男，博士生，主要从事微纳光学方面的研究工作。Email：yangliang_BIT@163.com

  • 收稿日期: 2013-10-14
  • 修回日期: 2013-11-15
  • 刊出日期: 2014-06-25
基金项目:

国家自然科学基金重点项目;国家中长期科技重大专项（F050809/60938003）

  • 中图分类号: O436;TN214

摘要: 基于严格耦合波分析理论，将嵌入式光栅多层结构平面衍射的理论模型扩展至锥形衍射的情况，可以模拟具有任意波长、偏振态、方位角和入射角的平面波入射该多层结构后形成的衍射。在此基础上，研究了微机械声光传感器锥形衍射中+1 级光衍射效率的收敛性。仿真表明：TM（Transverse Magnetic）偏振光入射且光栅周期为4 m 时，当谐波数M（2n+1）分别为67、69、71 时，+1级光衍射效率分别为28.86%、28.84%、28.86%，收敛性较好。另外，优化了微机械声光传感器的位移灵敏度，当入射角为22、方位角为10、光栅周期为1 m 时，与周期为4 m 的+1 级衍射光相比，TE、TM 偏振光入射时0、+1 级衍射光的位移灵敏度均提高一倍，可以准确地监测该传感器中声压或驱动电压引起的金属膜的位移。

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (25)

目录

    /

    返回文章
    返回

    版权所有 © 2019 《红外与激光工程》编辑部｜ 地址: 天津市空港经济区中环西路58号｜ 邮政编码: 300308

    津ICP备19007885号-1

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发    百度统计