Author Affiliations
Abstract
1 Thales Research & Technology, 1 Avenue Augustin Fresnel, 91767 Palaiseau, France
2 Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering, Albert-Einstein-Strasse 7, 07745 Jena, Germany
3 Thales Alenia Space, 5 Allée des Gabians, BP 99, 06156 Cannes la Bocca Cedex, France
4 European Space Research and Technology Centre, Postbus 299, 2200 AG Noordwijk, The Netherlands
We report on subwavelength reflective gratings for hyperspectral applications operating in a very large spectral band (340–1040 nm). Our study concerns a blazed-binary grating having a period of 30 μm and composed of 2D subwavelength structures with size from 120 nm to 350 nm. We demonstrate the manufacturing of the gratings on 3″ wafers by two lithography technologies (e-beam and nanoimprint) followed by classical dry etching process. Optical measurements show that the subwavelength grating approach enables a broadband efficiency, polarization behaviour and wavefront quality improvement with respect to the requirements for the next generation of spectro-imagers for Earth observation missions. An outlook towards spherical substrate based on nanoimprint lithography is also reported with the results of mixed features replication (holes and pillars in the range of 160–330 nm) on a 540 mm concave substrate which demonstrate uniformity and accuracy capabilities over 3″ surface.
Diffraction grating Subwavelength structures Electron beam lithography Nanoimprint lithography Effective index media 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023004
Author Affiliations
Abstract
iXblue, 34 rue de la Croix de Fer, 78100 Saint-Germain-en-Laye, France
Dispersion of light waves is well known, but the subject deserves some comments. Certain classical equations do not fully respect causality; as an example, group velocity vg is usually given as the first derivative of the angular frequency ω with respect to the angular spatial frequency km (or wavenumber) in the medium, whereas it is km that depends on ω. This paper also emphasizes the use of phase index n and group index ng, as inverse of their respective velocities, normalized to 1/c, the inverse of free-space light velocity. This clarifies the understanding of dispersion equations: group dispersion parameter D is related to the first derivative of ng with respect to wavelength λ, whilst group velocity dispersion GVD is also related to the first derivative of ng, but now with respect to angular frequency ω. One notices that the term second order dispersion does not have the same meaning with λ, or with ω. In addition, two original and amusing geometrical constructions are proposed; they simply derive group index ng from phase index n with a tangent, which helps to visualize their relationship. This applies to bulk materials, as well as to optical fibers and waveguides, and this can be extended to birefringence and polarization mode dispersion in polarization-maintaining fibers or birefringent waveguides.Dispersion of light waves is well known, but the subject deserves some comments. Certain classical equations do not fully respect causality; as an example, group velocity vg is usually given as the first derivative of the angular frequency ω with respect to the angular spatial frequency km (or wavenumber) in the medium, whereas it is km that depends on ω. This paper also emphasizes the use of phase index n and group index ng, as inverse of their respective velocities, normalized to 1/c, the inverse of free-space light velocity. This clarifies the understanding of dispersion equations: group dispersion parameter D is related to the first derivative of ng with respect to wavelength λ, whilst group velocity dispersion GVD is also related to the first derivative of ng, but now with respect to angular frequency ω. One notices that the term second order dispersion does not have the same meaning with λ, or with ω. In addition, two original and amusing geometrical constructions are proposed; they simply derive group index ng from phase index n with a tangent, which helps to visualize their relationship. This applies to bulk materials, as well as to optical fibers and waveguides, and this can be extended to birefringence and polarization mode dispersion in polarization-maintaining fibers or birefringent waveguides.
Birefringence Chromatic dispersion Dispersion Effective index First-order dispersion Group birefringence Group index Group velocity dispersion Index of refraction Polarization mode dispersion Refractive index Second-order dispersion 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(1): 2022001
作者单位
摘要
上海大学理学院, 上海 200444
基于介质加载石墨烯等离激元波导(DLGPW),提出并研究了单介质加载双层石墨烯对称表面等离激元波导(DLTGSSPW)。在DLTGSSPW中,双层石墨烯中的表面等离激元(SPP)相互作用,形成耦合的SPP模,即对称和反对称SPP模。采用有效折射率法和有限元法进行研究,发现耦合的SPP模的有效折射率、传播损耗、模式数目及电场强烈地依赖于DLTGSSPW的参数,例如入射波长、单介质条的高度和宽度等。耦合的SPP模与三层介质平板波导中的导模很相似。另外,当单介质条的高度足够大时,在每层石墨烯中,耦合的对称和反对称SPP模退化成非耦合SPP模,DLTGSSPW可被看作两个独立的DLGPW。DLTGSSPW这种性质使其有望在集成光学器件中有潜在的应用价值。
表面光学 表面等离子激元 波导 有限元法 有效折射率法 石墨烯 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202413
作者单位
摘要
上海大学理学院物理系, 上海 200444
在介质加载石墨烯等离子激元波导的基础上设计了一种由两个高折射率介质条形成的双介质加载石墨烯表面等离子激元波导(DDLGSPPW)。采用有效折射率法和有限元法研究在DDLGSPPW中石墨烯表面等离子激元(GSPP)模的有效折射率随入射波长、介质条2的宽度、高度以及介电常数的变化规律。结果表明,通过改变DDLGSPPW的介质条2的参数来改变GSPP模的有效折射率和模式数目,并调节GSPP模在两个介质条中场分布情况,表现出的性质和四层介质平板波导的性质很相似。DDLGSPPW的这种性质使其有望在集成光学器件中产生新的应用价值。
表面光学 等离子激元 波导 有限元法 有效折射率法 石墨烯 
光学学报
2016, 36(7): 0724001
作者单位
摘要
1 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
2 山西大学计算中心, 山西 太原 030006
本文研究了一种由三根并排放置的椭圆形金属-介质-金属纳米线构成的混合表面等离子体光波导所支持的电磁场基模的控制特性, 中间是高折射率的介质纳米线, 左右是两根对称放置的金属纳米线。研究结果表明, 基模电磁场增强效应主要分布在三根纳米线形成的两个间隙区域, 且对整个结构的几何参数有一定依赖性。因此, 通过改变纳米线的几何尺寸、两根纳米线之间的间距以及介质的电磁参数, 可以调整和控制这种波导所支持的基模的有效折射率、模式传输距离、归一化的模式面积和模式束缚因子等物理特性。基于这些有效的模式操控特性, 这种混合型的表面等离子体光波导可以应用于高密度光子器件集成、纳米光子学和生物传感器等领域。
表面等离子体光波导 有效折射率 传输距离 模式面积 束缚因子 surface plasmon waveguide effective index propagation length normalized mode area confinement factor 
量子光学学报
2014, 20(4): 323
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心 等离子体物理实验室, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 研究生部, 北京 100088
3 四川大学 电子信息学院, 成都 610064
在高功率密度下产生的非线性效应和材料损伤等问题限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。利用大模场光纤降低光纤能量密度,提高非线性阈值是一种最为直接和有效的手段。以空气孔尺寸为光波长量级的全内反射型光子晶体光纤为对象,采用等效折射率模型分析了光子晶体光纤的单模特性,利用有限元法分析了结构参数对光子晶体光纤的模场面积和色散等光束质量参数的影响。设计了一种工作波长为0.40~1.55 μm,模场面积为112.74~258.87 μm2,且在1.27 μm附近可补偿色散的大模场光子晶体光纤。该研究可为高功率光纤激光器大模场光纤的进一步参数优化设计及元件加工提供重要参考。
光子晶体光纤 等效折射率模型 有限元法 大模场 无截止单模 可调色散 photonic crystal fiber effective index method finite element method large mode area no cutoff single mode tunable dispersion 
强激光与粒子束
2014, 26(10): 101009
作者单位
摘要
电子科技大学光电信息学院, 成都 610054
以有机聚合物非对称脊波导为研究对象, 采用有效折射率法, 系统地分析了不同脊宽、芯层高度和芯层平板短边宽度条件下, 非对称脊形波导有效折射率与脊高的变化规律, 并与对称脊波导进行比较。研究表明:两种脊波导结构具有相同的特性, 即在芯层高度一定时, 有效折射率随脊高、脊宽的增加而增加;在脊宽一定时, 有效折射率随芯层高度的增加而增加。而非对称脊波导在其他条件一定时, 有效折射率随短边芯层宽度的减小而减小。该结果对有机聚合物非对称脊波导的应用具有一定的参考价值。
有机聚合物 非对称脊波导 有效折射率 结构参数 短边芯层宽度 organic polymer asymmetric ridge waveguide effective index structural parameter the short side width of the core plate 
光电工程
2012, 39(8): 75
作者单位
摘要
1 大连理工大学物理与光电工程学院, 辽宁 大连 116024
2 大连民族学院物理与材料工程学院, 辽宁 大连 116600
采用全矢量有效折射率法计算光子晶体光纤的色散系数,深入分析了光子晶体光纤色散系数与结构参数之间的关系,发现色散系数随着结构参数的变化具有双极值特性:1)当Λ值保持不变时,随着d/Λ值的减小,零色散波长向长波方向移动,在达到极大值后,则转向短波方向移动,例如当Λ=2.3 μm时,极大零色散波长出现在约d/Λ=0.24处,约为1728.9 nm,当Λ取不同值时,较小的Λ值,会对应有较大的极大零色散波长;2) 当d/Λ值保持不变时,随着Λ值的减小,零色散波长向短波方向移动,在达到极小值后,则转向长波方向移动,例如当d/Λ=0.9时,极小零色散波长出现在约Λ=0.6 μm处,约为564.29 nm,当d/Λ取不同值时,该比值越大,则会对应着越小的极小零色散波长。这一发现对于优化设计特种光子晶体光纤具有一定的价值。
光纤光学 零色散 全矢量有效折射率法 光子晶体光纤 
光学学报
2012, 32(8): 0806001
作者单位
摘要
1 大连理工大学 物理与光电工程学院,辽宁 大连116024
2 大连民族学院 物理与材料工程学院,辽宁 大连116600
文章采用全矢量有效折射法深入分析了光子晶体光纤结构参数及比例系数对波导色散、总色散的作用,总结了光子晶体光纤色散特性的调整方法,探索出特定色散特性光子晶体光纤的设计方法,并且设计了在800 nm处具有近零平坦色散的光子晶体光纤,该光纤对于研究飞秒激光的传输特性和应用具有一定的价值。
光子晶体光纤 色散控制 全矢量有效折射率法 飞秒激光 photonic crystal fiber dispersion control fully vectorial effective index method femtosecond laser 
光通信研究
2011, 37(6): 44
作者单位
摘要
温州大学 物理与电子信息工程学院,浙江 温州 325035
采用有限元COMSOL multiphysics软件和耦合模理论,首先分析了微结构光纤Bragg光栅反射光谱特性,结果表明随着空气孔中的填充材料的折射率的增加,微结构光纤Bragg光栅反射峰波长向长波长方向漂移,其次分析了空气和酒精填充下微结构光纤Bragg光栅温度传感特性,通过两者的模拟,寻找合适材料填充微结构光纤Bragg光栅,为高性能传感器方面的研究提供了参考依据。
微结构光纤布拉格光栅 有限元法 耦合模理论 纤芯模式 有效折射率 microstructure optical fiber bragger grating finite element method couple mode theory core mode effective index of refraction 
光电子技术
2011, 31(3): 207

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