《三角形面形亚波长光栅的衍射特性研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三角形面形亚波长光栅的衍射特性研究（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、四川大学 硕士学位论文 三角形面形亚波长光栅的衍射特性研究 姓名：刘洋 申请学位级别：硕士 专业：光学 指导教师：王植恒 20040410 Y6547 l 0 三角形面形亚波长光栅的衍射特性研究 光学专业 研究生刘洋指导教师王植恒教授 光的衍射是一种很有应用价值的物理现象，而亚波长微结构光栅具有一些 常规光栅没有的独特衍射性质。由于亚波长微结构光栅的特征尺j r 与波长相 近，所以在研究它的性质的时候，必须采用严格的矢量衍射理论进行研究。在 研究过程中，我们发现当满足一定的匹配条件时，会发生窄带导模共振现象。 本文运用等效介质法和矢量衍射理论对三角形面形亚波长光栅作了研究 分析，并进行了比较。
2、发现当光栅槽深与光栅周期之比较大删，等效介质法和 模式理论的计算结果差别不大，此时等效介质法是适用的。但如果光栅槽深与 光栅周期之比较小时，会出现导模共振现象，等效介质法不再适用，就必须运 用模式理论来处理。我们又深入分析了光栅导模共振异常产生的机制，发现了 导模共振异常发q ：的原因。当发生导模共振现象时，如果参数条件合适，对于 T E 波和T M 波，它们的共振峰都出现在相同位置，此时光栅表现出列偏振态 的刁i 敏感性，另外它还具有窄带性、光谱敏感性和角度敏感性。当我们研究镀 膜_ 三角形面形亚波长光栅的时候又进步发现，它具有比普通哑波长光栅更高 的衍射效率，而且镀膜三角形面形亚波长光栅允
3、许薄膜的参数有较大的变化范 围，在这一变化范围之内它都具有以上的特殊性质，这种性质为镀膜亚波长光 栅的制备带来了一定的方便。镀膜亚波长光栅所具有的比一般亚波长光栅更优 秀的窄带性、光谱敏感性、角度敏感性和对偏振态的不敏感性等等这些特性， 可以用于设计制作性能优越的高反射器、高透射器、窄带滤波器、和高效、低 耗能) r 关元件等等器件。它的这些独有性质对于新型光学器件的研究制作具有 很重大的意义。 关键词：矢量衍射理论，等效介质法，三角形面形亚波长光栅，导模共振 S t u d y o fd i f f r a c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f
4、t r i a n g u l a r s u r f a c e r e l i e f s u b w a v e l e n g t hg r a t i n g M a j o rO p t i c s P o s t g u a d u a t eY a n g L i uD i r e c t o r Z h i h e n gW a n g O p t i c a ld i f f r a c t i o ni sap h y s i c a lp h e n o m e n o n t h a th a v eg r e a ta p p l i e dv a l u e ，t
5、 h e g r a t i n go fs u b w a v e l e n g t h m i c r o s t m c t u r e sh o l ds e v e r a ls p e c i f i cp r o p e r t i e sb e y o n dt h e o r d i n a r i e s B e c a u s ec h a r a c t e r i s t i cs i z eo f g r a t i n go f s u b w a v e l e n g t hm i c r o s t r u c t u r e si s c l o s e
6、t ow a v e l e n g t h ，w em u s tu s er i g o r o u sv e c t o rd i f f r a c t i o nt h e o r yt or e s e a r c ht h e i r p r o p e r t i e s I ti s s h o w nt h a t g u i d e d m o d er e s o n a n c e sw i t hn a r r o w b a n do c c u ro n c e r t a i nc o n d i t i o n si nr e s e a r c h p r
7、 o c e s s I nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft r i a n g u l a rs u r f a c e r e l i e f s u b w a v e l e n g t h g r a t i n ga r ea n a l y z e db yu s i n gE f f e c t i v e - m e d i u mt h e o r ya n d v e c t o rd i f f r a c t i o nt h e o r y , a n dw
8、e c o m p a r e t h er e s u l t s W ef i n dt h a tt h ec a l c u l a t i n gr e s u l to fE f f e c t i v e m e d i u m t h e o r ya n d v e c t o rd i f f r a c t i o nt h e o r yi ss i m i l a r , w h e nr a t i oo fg r a t i n gd e p t ht og r a t i n g p e r i o di sl a r g e ，S Ow ec a l l o
9、s eE f f e c t i v e - m e d i u mt h e o r yi nt h i ss i t u a t i o n B u tt h e g u i d e d - m o d er e s o n a n c e sw i t hn a r r o w b a n dw i l lo c c u rw h e n r a t i oo fg r a t i n gd e p t ht o g r a t i n gp e r i o d i ss m a l l E f f e c t i v e m e d i u mt h e o r yC a nn o t
10、b eu s e d ，w em u s tu s ev e c t o r d i f f r a c t i o nt h e o r y W ea n a l y z et h ep r i n c i p l eo fg u i d e d m o d er e s o n a n c e st h o r o u g h l y , a n dx v ef i n dt h er e a s o no f o c e u r a n c eo f g u i d e d m o d er e s o n a n c e s W h e ng u i d e d m o d e r e
11、 s o n a n c e sO C C U r , f o rT Ew a v ea n dT Mw a v e ，t h e i rr e s o n a n tp e a k sl o c a t et h es a m e p o s i t i o n f o rc e r t a i n p a r a m e t e r c o n d i t i o n I nt h i s c a s e ，t h eg r a t i n gp o s s e s s e s n o n p o l a r i z e ds e n s i t i v i t y , s p e c t
12、 r a la n da n g u l a rs e n s i t i v i t i e sa n dh i g hr e f l e c t i o nw i t h n a r r o w b a n d W h e nw es t u d yt r i a n g u l a rs u r f a c e - r e l i e fs u b w a v e l e n g t hg r a t i n gc o a t e d b yf i l m ，w ed i s c o v e rt h a tt h ed i f f r a c t i o ne f f i c i e
13、n c y i sh i g h e rt h a nt h a to fc o m m o n s u b w a v e l e n g t hg r a t i n g T r i a n g u l a rs u r f a c e r e l i e fs u b w a v e l e n g t hg r a t i n gc o a t e db y f i l mC a nk e 印t h eh i g h - q u a l i t yw i t h i nac e r t a i nv a r i a t i o n a lr a n g eo f p a r a m e
14、 t e r s T h u s i ti sc o n v e n i e n c ef o rf a b r i c a t i o no ft h i sk i n do fc o a t e ds u b w a v e l e n g t hg r a t i n g S u b w a v e l e n g t hg r a t i n g c o a t e d b y f i l m p r e s e n t sn o n p o l a r i z e ds e n s i t i v i t y a n d c h a r a c t e r i s t i c so
15、f n a r r o w b a n d ，s p e c t r a la n da n g u l a rs e n s i t i v i t i e s T h e s ec h a r a c t e r i s t i c s o f s u b w a v e l e n g t h c o a t e d b y f i l m g r a t i n g i sb e R e rt h a nt h a to fc o m m o n s u b w a v e l e n g t h g r a t i n g W eu s ei t sc h a r a c t e r
16、 i s t i c st o d e v e l o p s u c ht h o s e w e l l - p e r f o r m e d a s h i g h - r e f l e c t o r s ，h i 曲一t r a n s m i s s i o n ， n a r r o w b a n d f i l t e r s ， h i g h e f f i c i e n c ya n dl o w - c o n s u m es w i t c hc o m p o n e n t s I t sc h a r a c t e r i s t i c sh a v eg r e a t s i g n i f i c a n c ef o rr e s e a r c ha n d f a b r i c a t i o no f n e w t y p eo f o p t i c a lc o m p o n e n t s K e y w o r d s ：v e c t o rd i f
