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宽波段波状多层膜结构偏振分束器的设计与优化

彭皓 沈伟东 杨陈楹 章岳光 刘旭

宽波段波状多层膜结构偏振分束器的设计与优化

彭皓, 沈伟东, 杨陈楹, 章岳光, 刘旭
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  • 本文基于二维光子晶体波状多层膜结构,提出了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的方法. 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,获得了中心波长565 nm,带宽220 nm,平均消光比大于30 dB的宽波段偏振分束器. 采用时域有限差分方法分析了膜层顶角的角度敏感性和波状结构的电场分布. 结果表明,两个周期膜堆组合的结构解决了禁带不连续的情况,而粒子群优化算法的使用加快了结果收敛,有效地扩展了偏振分束带宽.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号:2012AA040401)、国家自然科学基金(批准号:61275161)、 中央高校基本科研业务专项资金(批准号:2014FZA5004)和浙江省自然科学基金(批准号:LY13F050001)资助的课题.
    [1]

    Shen X P, Han K, Li H P, Shen Y F, Wang Z Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 1737 (in Chinese)[沈晓鹏, 韩奎, 李海鹏, 沈义峰, 王子煜 2008 物理学报 57 1737]

    [2]

    Gerald W, Roger P, Andrew R H 2011 Opt. Lett. 36 1332

    [3]

    Zhang Y G, Sheng Y J, Ai M N, Zhang M J, Gu P F, Tang J F 2001 Optical Instruments 23 198 (in Chinese) [章岳光, 盛永江, 艾曼灵, 张梅骄, 顾培夫, 唐晋发 2001 光学仪器 23 198]

    [4]

    Schonbrun E, Wu Q, Park W 2006 Opt. Lett. 31 3104

    [5]

    Morita Y, Tsuji Y, Hirayama K 2008 IEEE Photonic Technology Letters 20 93

    [6]

    Liu T, Zakharian A R, Fallahi M 2005 IEEE Photonic Technology Letters 17 1435

    [7]

    Zheng W H, Xing M X, Ren G, Johnson S G, Zhou W J, Chen W, Chen L H 2009 Opt. Express 17 8657

    [8]

    Han K, Wang Z Y, Shen X P, Wu Q H, Tong X, Tang G, Wu Y X 2011 Acta Phys. Sin. 60 044212 (in Chinese)[韩奎, 王子煜, 沈晓鹏, 吴琼华, 童星, 唐刚, 吴玉喜 2011 物理学报 60 044212]

    [9]

    Zhang X, Liao Q H, Chen S W, Hu P, Yu T B, Liu N H 2011 Acta Phys. Sin. 60 104215 (in Chinese)[张旋, 廖清华, 陈淑文, 胡萍, 于天宝, 刘念华 2011 物理学报 60 104215]

    [10]

    Han B L, Lou S Q, Tang W L, Su W, Zou H, Wang X 2013 Acta Phys. Sin. 62 244202

    [11]

    Jong M P, Sun G L, Hae R P, Myung H L 2010 J. Opt. Soc. Am. B 27 2247

    [12]

    Lu M F, Shan M L, Yang T H 2010 Applied Optics 49 724

    [13]

    Chen S H, Wang C H, Ye Y W, Lee C C, Liang K S, Huang C C 2011 Applied Optics 50 368

    [14]

    Raymond L, Forrest P H, Karl S.K, Ronald B S, Michael S 1990 IEEE Transactions On Electromagnetic Compatibility 32 222

    [15]

    Sentenac A, Greffet J J, Pincemin F 1997 J. Opt. Soc. Am. B 14 339

    [16]

    Liu J H 2009 Ph. D. Dissertation (Changsha: Central South University) (in Chinese) [刘建华 2009 博士学位论文 (长沙: 中南大学)]

    [17]

    Luo Z, Shen W D, Liu X, Gu P F, Xia C 2010 Chinese Optics Letters 8 342

    [18]

    Yasuo Ohtera, Teppei Onuki, Yoshihiko Inoue, Shojiro Kawakami 2007 Journal of Lightwave Technology 25 499

    [19]

    Zhao H J, Yang S L, Zhang D, Liang K Y, Cheng Z F, Shi D P 2009 Acta Phys. Sin. 58 6236 (in Chinese) [赵华君, 杨守良, 张东, 梁康有, 程正富, 石东平 2009 物理学报 58 6236]

    [20]

    Hong L, Yang C Y, Shen W D, Ye H, Zhang Y G, Liu X 2013 Acta Phys. Sin. 62 064204 (in Chinese)[洪亮, 杨陈楹, 沈伟东, 叶辉, 章岳光, 刘旭 2013 物理学报 62 064204]

  • [1]

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    Zhang X, Liao Q H, Chen S W, Hu P, Yu T B, Liu N H 2011 Acta Phys. Sin. 60 104215 (in Chinese)[张旋, 廖清华, 陈淑文, 胡萍, 于天宝, 刘念华 2011 物理学报 60 104215]

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    Han B L, Lou S Q, Tang W L, Su W, Zou H, Wang X 2013 Acta Phys. Sin. 62 244202

    [11]

    Jong M P, Sun G L, Hae R P, Myung H L 2010 J. Opt. Soc. Am. B 27 2247

    [12]

    Lu M F, Shan M L, Yang T H 2010 Applied Optics 49 724

    [13]

    Chen S H, Wang C H, Ye Y W, Lee C C, Liang K S, Huang C C 2011 Applied Optics 50 368

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    [15]

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    Liu J H 2009 Ph. D. Dissertation (Changsha: Central South University) (in Chinese) [刘建华 2009 博士学位论文 (长沙: 中南大学)]

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    Yasuo Ohtera, Teppei Onuki, Yoshihiko Inoue, Shojiro Kawakami 2007 Journal of Lightwave Technology 25 499

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    Hong L, Yang C Y, Shen W D, Ye H, Zhang Y G, Liu X 2013 Acta Phys. Sin. 62 064204 (in Chinese)[洪亮, 杨陈楹, 沈伟东, 叶辉, 章岳光, 刘旭 2013 物理学报 62 064204]

  • [1] 李旸晖, 郝翔, 史召邑, 帅少杰, 王乐. 光学薄膜诱导偏振像差对大数值孔径光学系统聚焦特性的影响. 物理学报, 2015, 64(15): 154214. doi: 10.7498/aps.64.154214
    [2] 梁冠全, 韩 鹏, 汪河洲. 空间与频率双性能的薄膜光学滤波器. 物理学报, 2004, 53(7): 2197-2200. doi: 10.7498/aps.53.2197
    [3] 席丽霞, 唐先锋, 王少康, 张晓光. 基于光子晶体光纤的相位再生器的设计及优化. 物理学报, 2009, 58(9): 6243-6247. doi: 10.7498/aps.58.6243
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    [11] 侯海虹, 孙喜莲, 田光磊, 吴师岗, 马小凤, 邵建达, 范正修. 利用总积分散射仪对光学薄膜表面散射特性的研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6425-6429. doi: 10.7498/aps.58.6425
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    [13] 李文胜, 罗时军, 黄海铭, 张琴, 是度芳. 含特异材料光子晶体隧穿模的偏振特性. 物理学报, 2012, 61(10): 104101. doi: 10.7498/aps.61.104101
    [14] 陈鹤鸣, 孟晴. 高效光子晶体太赫兹滤波器的设计. 物理学报, 2011, 60(1): 014202. doi: 10.7498/aps.60.014202
    [15] 孔延梅, 高超群, 景玉鹏, 陈大鹏. 基于光子晶体分光的气敏传感器研究. 物理学报, 2011, 60(5): 054215. doi: 10.7498/aps.60.054215
    [16] 赵绚, 刘晨, 马会丽, 冯帅. 基于波导间能量耦合效应的光子晶体频段选择与能量分束器. 物理学报, 2017, 66(11): 114208. doi: 10.7498/aps.66.114208
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    [18] 高晖, 孔凡敏, 李康, 陈新莲, 丁庆安, 孙静. 双层光子晶体氮化镓蓝光发光二极管结构优化的研究. 物理学报, 2012, 61(12): 127807. doi: 10.7498/aps.61.127807
    [19] 许兴胜, 孙增辉, 杜 伟, 鲁 琳, 陈弘达, 熊志刚, 金爱子, 张道中. 半导体量子阱材料微加工光子晶体的光学特性. 物理学报, 2006, 55(3): 1248-1252. doi: 10.7498/aps.55.1248
    [20] 陈微, 邢名欣, 任刚, 王科, 杜晓宇, 张冶金, 郑婉华. 光子晶体微腔中高偏振单偶极模的研究. 物理学报, 2009, 58(6): 3955-3960. doi: 10.7498/aps.58.3955
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-02-11
  • 修回日期:  2014-03-17
  • 刊出日期:  2014-07-05

宽波段波状多层膜结构偏振分束器的设计与优化

  • 1. 浙江大学光电信息工程学系, 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划(批准号:2012AA040401)、国家自然科学基金(批准号:61275161)、 中央高校基本科研业务专项资金(批准号:2014FZA5004)和浙江省自然科学基金(批准号:LY13F050001)资助的课题.

摘要: 本文基于二维光子晶体波状多层膜结构,提出了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的方法. 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,获得了中心波长565 nm,带宽220 nm,平均消光比大于30 dB的宽波段偏振分束器. 采用时域有限差分方法分析了膜层顶角的角度敏感性和波状结构的电场分布. 结果表明,两个周期膜堆组合的结构解决了禁带不连续的情况,而粒子群优化算法的使用加快了结果收敛,有效地扩展了偏振分束带宽.

English Abstract

参考文献 (20)

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