1 北京理工大学 重庆创新中心, 重庆401120
2 北京理工大学 机械与车辆学院 激光微纳制造研究所, 北京100081
图案信息的光学加密在防伪、信息加密存储等方面具有广泛的应用，基于各向异性功能复用的结构色超表面得到发展。基于一维光栅衍射的光学加密超表面由于需要逐个加工掩模或单元结构，从而导致效率低下；传统激光烧蚀波纹结构(LIPSS)效率高，但所形成的结构均匀、一致性差。基于以上难题，提出了一种基于皮秒激光直写相变材料Ge2Sb2Te5得到的改性结构加工光学超表面的方法。首先，表征所制备的GST改性光栅的色散性能，结合改性光栅的偏振依赖性，设计了角度复用的信息加密超表面。实现了在自然光条件下加密，在强光条件下能够选择性解密读取并动态展示的性能。相比于传统加工方法，本方法可在一次直写过程中以同时打印的形式生成一系列光栅结构，提高了加工效率；同时加工得到的光栅结构均匀一致性好，提高了显色效果。利用取向角相差16°的改性光栅实现了无串扰的选择性信息读取，所得结构色均匀鲜艳。本文提出的加工策略在防伪、信息加密存储及可穿戴柔性显示设备等领域有深刻的应用前景。
超快激光 相变材料 信息加密 光栅结构 ultrafast laser phase-change material information encryption grating structure
长春工业大学 机电工程学院，吉林 长春 130012
为了解决纳米压印过程中填充率低下，压印图案易发生形变等问题，提出了一种新型振动辅助纳米压印方法。在压印过程中对压印胶施加横向的振动，增大了压印力，从而提高了填充率。运用时域有限差分法（finite difference time domain, FDTD），在波长300 nm～1 000 nm范围内，数值模拟了不同光栅结构，得到了光栅结构参数变化对其吸收率的影响规律。在振动辅助装置上进行振动辅助纳米压印实验，实验结果表明：与传统纳米压印技术相比，压印胶的填充率提高了30％，并改善了压印后微结构的表面形貌，减少了缺陷。
振动辅助 纳米压印 光栅结构 填充率 vibration-assisted nanoimprint grating structure filling rate
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
针对二维硅光栅微结构在近红外光吸收率极低的特点，提出了一种利用等离激元增强金属Ag纳米凹坑-硅栅近红外光吸收的微纳组合结构，基于时域有限差分法研究了该组合结构在0.78~2.5 μm宽波段的吸收率，分析了光栅结构与Ag纳米凹坑对光吸收效率的影响变化。模拟研究结果表明，当在周期为0.2 μm、占空比为0.5的光栅间隙和栅柱表面均嵌入直径为0.1 μm的Ag纳米凹坑时，该组合微结构在近红外宽波段吸收率均在23%以上，平均吸收率理论上可达到52.3%；当光栅表面增加Al2O3介质层时，宽波段吸收率均在41.3%以上，平均吸收率提高到65.1%，最终在近红外宽波长范围内提高了吸收效率。该研究为光电探测器、太阳能电池、光通信、雷达隐身、生物医疗等领域增强光吸收提供了一种新的方法。
光栅 光吸收增强 Ag纳米凹坑 硅光栅结构 等离激元 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0524001
1 江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
2 江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院，江苏 镇江 212013
3 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013
采用不同能量密度的激光对制备的Ag/FTO/AZO多层薄膜进行光栅结构刻蚀，分析激光刻蚀后薄膜的表面形貌、光学性能和电学性能的变化，并确定薄膜获得最佳性能时的激光能量密度。结果表明，以一定的激光能量密度对薄膜进行光栅结构刻蚀处理，不仅能有效提高薄膜的抗反射能力，还能产生附加退火作用，促使薄膜晶粒生长，减少晶界面积，从而减少晶界的光子和载流子的散射损失，提高载流子的迁移率，最终提高薄膜的透过率，优化薄膜的导电性能，实现薄膜的光学性能和电学性能的优化。
激光加工 Ag/FTO/AZO薄膜 光栅结构 光学性能 电学性能
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033；中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
基于飞秒激光照射的改形控性技术是近些年发展起来的新兴微纳加工技术，其在快速、大面积、周期性亚波长结构的制备上展现出了独特优势。文中利用该技术在氧化石墨烯薄膜表面开展亚波长光栅结构的快速制备，并针对其中的加工机理、形貌变化及其液体浸润性进行了详细研究。通过改变飞秒激光功率和扫描速度等参数，实验获得了具有不同深宽比和表面“粗糙度”的还原氧化石墨烯样品，实现了液体接触角在15°~75°范围内可控的浸润性，并且其接触角在空气中放置20天后平均增加20°。文中的理论和实验结果为飞秒激光微纳加工和改性处理技术的发展奠定了基础，未来有望促进结构化石墨烯衍生材料在液滴收集、微流控等方面的应用。
飞秒激光 还原氧化石墨烯 亚波长光栅结构 表面浸润性 femtosecond laser rGO subwavelength grating structure surface wettability 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201064
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
锥形半导体激光器具有高功率、高光束质量等特点, 因此受到广泛关注并成为研究热点。从3种结构(传统结构、分布式布拉格反射(DBR)结构、侧向光栅条纹结构)的锥形半导体激光器出发, 对国内外近十年具有代表性研究成果进行综述, 介绍其理论研究和实验进展, 并对锥形半导体激光器的未来发展进行展望。
锥形半导体激光器 传统结构 DBR结构 侧向光栅条纹结构 tapered diode laser traditional structure DBR structure lateral grating structure
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所, 天津 300072
2 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
基于等效介质膜理论及多层减反膜原理设计了用于超宽带太赫兹吸收体的三层微结构光栅, 光栅基质采用重掺硼硅材料.用有限时域差分法分析了光栅周期、光栅宽度和深度对太赫兹吸收体反射系数的影响.数值分析结果表明, 在低于3 THz波段, 吸收率高于98%的带宽为1.3 THz, 吸收率高于95%的带宽达2.1 THz.用严格耦合波理论对该三层光栅的高吸收现象进行理论分析, 分析结果表明,光栅多级衍射的相互作用减少了入射面的反射率, 增大了该吸收体的吸收率.进一步优化三层光栅微结构的参量, 在0.6~6 THz范围内实现了大于95%的太赫兹吸收.基于光栅结构的吸收体结构简单, 易于设计与分析, 可以应用于太赫兹成像与探测应用领域.
光栅结构 太赫兹吸收体 超宽带 严格耦合波 重掺硼硅 Grating structure Terahertz absorber Ultra-bandwidth Rigorous coupled-wave method Heavily boron doped silicon 光子学报
2016, 45(11): 1105001
1 泉州师范学院物理与信息工程学院, 福建 泉州 362000
2 信息功能材料福建省高校重点实验室, 福建 泉州 362000
提出一种产生近似无衍射栅型结构光的新型光学系统,该系统由若干块三角棱镜组合而成.解决了现有技术产生近似无衍射栅型结构光的栅型条纹区域小,无法应用于全场测量的问题.采用干涉理论详细分析了产生近似无衍射栅型结构光的物理过程,给出了光束相关参数的计算公式.应用光学分析软件Zemax 模拟了新型光学系统后不同位置处的光强分布,模拟结果与干涉理论分析的结果基本一致;进而对几种系统误差对输出光束的影响进行分析.研究结果表明：平面波通过新型光学系统能够产生一种具有宽测量区域、参数调节灵活等特点,同时抗干扰性能较好的近似无衍射栅型结构光.
几何光学 近似无衍射栅型结构光 干涉理论 三角棱镜 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 042601
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及其应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 东北师范大学, 吉林 长春 130021
为了对双边布拉格反射波导半导体激光器的远场双瓣特性进行整形, 使之合并成为单瓣出光远场, 在布拉格反射波导的出光腔面上制作了表面等离子体双光栅结构。利用Au-SiO2光栅结构对表面等离子体的耦合效应和表面等离子体的透射增强现象将双瓣远场耦合成为单瓣出射, 然后通过Au-Si3N4光栅结构将透射的表面等离子体耦合成为光子进行准直出射, 最终得到单瓣准直的远场光斑。计算结果表明: 当Au-SiO2光栅厚度为50 nm, 填充因子为0.5, 光栅周期为350 nm; Au-Si3N4光栅厚度为70 nm, 填充因子为0.5,光栅周期为660 nm时可以得到远场发散角压缩到6.1°的整形光斑, 比没有双光栅结构的发散角缩小了3.6倍; 其远场透射光功率达到了模式光源的62%, 是没有双光栅结构单瓣出射功率的1.59倍; 同时腔面反射率也降低到12.4%, 是没有双光栅结构的0.53倍。结果显示,提出的双光栅结构优化了布拉格反射波导半导体激光器的出光远场特性。
半导体激光器 布拉格反射波导 表面等离子体 光束整形 双光栅结构 semiconductor laser Bragg reflection waveguide surface plasmon beam shaping dual grating structure
