基于波状多层膜结构的宽波段偏振分束器的研究

【摘要】波状多层膜结构是一种二维光子晶体。电磁波在其结构内传播时,由于其能带结构的差异,TE模和TM模并沿着不同的方向传播,实现偏振分束。基于波状多层膜结构的偏振分束器体积小,容易集成,可实现轴对称偏振,吸引了众多研究人员的关注。目前所报道的基于波状多层膜结构设计出来的偏振分束器大部分在红外波段,而可见波段处的偏振分束器仅有100nm的带宽。而且由于其能带结构复杂,在已有的报道中都没有详细的优化过程。仿真得到的结果禁带都是不连续的,没有充分扩展禁带范围。而本文设计了一种基于波状多层膜结构的宽波段偏振分束器。此外本文还尝试采用离子束溅射技术在硅光栅基板上制备波状多层膜结构。本文设计的基于波状多层膜结构的偏振分束器,在可见光处具有较宽波段。波状多层膜结构以TiO2和SiO2作为高低折射率介质材料,通过叠加两种不同膜厚的周期膜堆来拓宽偏振分束器有效带宽。采用粒子群优化算法,建立偏振分束特性的评价函数,优化结构和薄膜厚度等参数,得到了偏振波段中心波长为565nm,平均消光比大于30dB,带宽约为220nm的宽波段偏振分束器。本章还分析研究了基板周期、波状结构尺寸对透射谱曲线,偏振分束带宽的影响。通过尺寸的简单缩放,可以将所设计偏振分束器的工作波长范围分别移动到紫外和红外区域。同时文章研究了膜层顶角的角度敏感性和波状结构的电场分布。本文还采用自我复制法在硅光栅基板上制备波状多层膜结构。结合紫外纳米压印和感应耦合等离子体刻蚀技术(ICP)制备硅光栅基板。利用离子束溅射系统作为镀膜机台,以主离子源作为溅射源,以辅助离子源作为刻蚀源,同时使用石英晶体监控来控制镀膜厚度,制备了高低折射率交替的波状多层膜结构。实验证明采用双离子源的离子束溅射系统可以在硅光栅基板上制备出波状多层膜结构。
【作者】彭皓；
【导师】沈伟东；章岳光；
【作者基本信息】浙江大学，光学工程，2014，硕士
【关键词】偏振分束器；光子晶体；光学薄膜；粒子群优化算法；离子束溅射；

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