光柵共振耦合中的共振特征與譜對稱性研究.pdf

1、重慶師范大學(xué)碩士學(xué)位論文光柵共振耦合中的共振特征與譜對稱性研究碩士研究生：任霄鈺指導(dǎo)教師：苑進(jìn)社教授學(xué)科專業(yè)：凝聚態(tài)物理所在學(xué)院：物理與電子工程學(xué)院重慶師范大學(xué)2016年4月重慶師范大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要Ⅰ光柵共振耦合中的共振特征與譜對稱性研究摘要導(dǎo)模共振濾光片是指當(dāng)波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)滿足一定條件的情況下，會在特定波長入射的條件下激發(fā)結(jié)構(gòu)所支持的泄漏模使得入射能量重新分配，光譜中呈現(xiàn)出尖銳的窄帶濾波特性，其最高反射效率可達(dá)100%，線

2、寬僅為0.01nm，并且具有極低的旁帶響應(yīng)。因此光波在亞波長波導(dǎo)柵中傳播的物理現(xiàn)象——導(dǎo)模共振效應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于高功率激光、濾波器、光開關(guān)等領(lǐng)域中。通常情況下，導(dǎo)模共振濾光片主要由覆蓋層、光柵層、波導(dǎo)層及襯底四部分構(gòu)成，但其濾波特性對光柵周期、占空比、光柵深度、波導(dǎo)層厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)非常敏感，改變以上任意參量均可能造成譜線線型的改變從而對應(yīng)用的設(shè)備不良的影響，因此了解譜線對稱性變化的物理機(jī)理從而控制譜線線型顯得尤為重要。為了解決導(dǎo)模共振濾

3、光片響應(yīng)譜線的對稱性成因分析的問題，本文提出了豎直耦合共振模型，系統(tǒng)地闡述了光耦合入波導(dǎo)層后傳播模在水平與豎直兩個方向的傳播行為，并解釋了豎直模在耦合出后衍射場相位變化對共振峰的影響，并利用Fano共振的原理解釋了這種不對稱響應(yīng)譜線的形成原因。為了驗(yàn)證豎直耦合共振模型的正確性，本文設(shè)計(jì)了兩種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的導(dǎo)模共振濾光片器件通過嚴(yán)格耦合波分析法（RCWA）模擬出在TE偏振光入射下的反射響應(yīng)譜線并觀察在僅改變光柵高度的情況下其譜線對稱性的變

4、化規(guī)律以驗(yàn)證縱向雙渠道模型。為了更直觀的觀察導(dǎo)模層內(nèi)傳播模的傳播行為，本文模擬了波導(dǎo)層內(nèi)的電場分布情況。通過觀察在不同光柵高度的情況下共振峰及反射谷處電場強(qiáng)度分布情況，發(fā)現(xiàn)了對于導(dǎo)模共振反射譜線，在僅改變光柵高度時譜線對稱性隨之而變化，這是由于光柵高度的變化導(dǎo)致不同階數(shù)的沿豎直方向傳播的模分量的有效折射率隨之而變化造成的，進(jìn)而使得水平方向模分量與豎直方向模分量的衍射場之間的相位差了發(fā)生變化。該結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了豎直耦合共振模型。本文首次提