光柵共振耦合中的共振特征與譜對(duì)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(duì)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(duì)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(huì)在特定波長(zhǎng)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(zhǎng)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(kāi)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(duì)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(duì)應(yīng)用的設(shè)備不良的影響，因此了解譜線對(duì)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(duì)稱性成因分析的問(wèn)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(gè)方向的傳播行為，并解釋了豎直模在耦合出后衍射場(chǎng)相位變化對(duì)共振峰的影響，并利用Fano共振的原理解釋了這種不對(duì)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(guò)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(duì)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(chǎng)分布情況。通過(guò)觀察在不同光柵高度的情況下共振峰及反射谷處電場(chǎng)強(qiáng)度分布情況，發(fā)現(xiàn)了對(duì)于導(dǎo)模共振反射譜線，在僅改變光柵高度時(shí)譜線對(duì)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(chǎng)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