基于導模共振光柵的可見光波段寬譜反射器的研究.pdf

1、衍射光學與微納電子學科的結合使衍射光學器件的理論研究方法越來越完善，加工制造技術不斷改進使衍射器件的應用領域不斷拓展。今后,衍射光學元件越來越向微納光電集成和亞波長結構發(fā)展。亞波長光柵就是其中應用最廣泛的器件之一。
　　亞波長光柵由于其光柵周期小于入射波長，只存在零級衍射波的特點使其計算模擬過程簡單且衍射效率高。由于這種特殊的衍射特性，亞波長光柵具有很多傳統(tǒng)光學器件無法實現(xiàn)的光學功能。利用亞波長光柵的衍射效率高，帶寬窄和對參數(shù)敏感

2、等特性可以設計窄帶濾波器。而亞波長光柵耦合器由于對結構沒有特殊要求也具有廣泛的應用。而近年來理論上證明了利用亞波長光柵也可以產生寬帶，反射率接近100％。產生寬帶的原理就是利用多個共振峰之間相互作用。
　　本文中利用嚴格耦合波分析法（RCWA）對一種堆疊結構的亞波長光柵的衍射特性進行模擬計算和分析，設計了在可見光波段具有寬帶的亞波長導模共振光柵反射器。主要工作如下：
　　1.簡單闡述了衍射光學的發(fā)展，介紹了衍射光柵的分類及其

3、應用。
　　2.介紹了等效介質理論并詳細分析了嚴格耦合波分析法（RCWA）的原理和推導過程。
　　3.使用嚴格耦合波分析法(RCWA)對 TiO2和 SiO2堆疊結構光柵的不同參數(shù)如光柵周期，光柵占空比，不同層的厚度和角度等對共振特性的影響進行分析?？梢钥闯鲋芷谥饕菍Ψ瓷鋵拵У奈恢糜绊戄^大，而占空比主要影響的是共振帶寬，SiO2的厚度對帶寬的影響不太明顯，TiO2層對光柵的影響較大。最后，用粒子群優(yōu)化算法對一層堆疊的光柵結

4、構進行優(yōu)化。
　　4.在光柵堆疊結構的基礎上建立了一種在可見光波段具有寬譜反射特性的反射器，并對三種高折射率材料(TiO2、SiC和 Si)分別與 SiO2組成的堆疊光柵進行結構優(yōu)化。TiO2和SiO2光柵在雙層結構可達到50nm的反射帶寬，而三層堆疊結構可達到100nm的反射帶寬。而SiC和SiO2光柵雙層和三層結構都可以達到100nm以上的反射帶寬。Si和SiO2光柵則都可以實現(xiàn)150nm以上的帶寬。最后通過對比了三種光柵不同