Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 College of Electrical and Electronic Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
3 College of Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China
4 Laboratory of Infrared Materials and Devices, The Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
5 Department of Information Science and Electronics Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
A polarization-insensitive mode-order converting power splitter using a pixelated region is presented and investigated in this paper. As TE0 and TM0 modes are injected into the input port, they are converted into TE1 and TM1 modes, which evenly come out from the two output ports. The finite-difference time-domain method and direct-binary-search optimization algorithm are utilized to optimize structural parameters of the pixelated region to attain small insertion loss, low crosstalk, wide bandwidth, excellent power uniformity, polarization-insensitive property, and compact size. Experimental results reveal that the insertion loss, crosstalk, and power uniformity of the fabricated device at 1550 nm are 0.57, -19.67, and 0.094 dB in the case of TE polarization, while in the TM polarization, the relevant insertion loss, crosstalk, and power uniformity are 0.57, -19.40, and 0.11 dB. Within a wavelength range from 1520 to 1600 nm, for the fabricated device working at TE polarization, the insertion loss, crosstalk, and power uniformity are lower than 1.39, -17.64, and 0.14 dB. In the case of TM polarization, we achieved an insertion loss, crosstalk, and power uniformity less than 1.23, -17.62, and 0.14 dB.
integrated optics optical waveguide polarization-insensitive property mode-order converting power splitter Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031301
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 天津大学四川创新研究院，四川 成都 610200
一般的光栅波导式头戴显示器因偏振敏感不能同时使用横电（TE）偏振光和横磁（TM）偏振光进行成像显示。为解决该问题，基于遗传算法与严格耦合波分析法提出了一种偏振不敏感光栅的设计方法。制作了偏振不敏感的光栅波导，进行了光栅波导的衍射效率测量实验。该光栅工作波长为532 nm。耦入光栅对TE偏振光的平均衍射效率从6.1%提高到了21.0%，对TM偏振光的平均衍射效率从13.7%提高到了40.5%，对非偏振光的平均衍射效率从9.9%提高到了30.7%。耦出光栅对TE偏振光的平均衍射效率从3.1%提高到了12.1%，对TM偏振光的平均衍射效率从0.8%提高到了10.7%，对非偏振光的平均衍射效率从1.9%提高到了11.4%。搭建了显示系统样机，测试表明显示效果清晰明亮。实现了30°×22°的大视场角，验证了偏振不敏感光栅波导设计方法和非偏振图像源在增强现实领域的可用性，为波导型增强现实系统的研究与发展提供一定的指导作用。
增强现实显示 波导光栅 偏振不敏感光栅 衍射效率 激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011018
1 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Electronics, Peking University, Beijing 100871, China
2 Frontier Science Center for Nano-Optoelectronics, Peking University, Beijing 100871, China
3 Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong 226010, China
4 Peng Cheng Laboratory, Shenzhen 518055, China
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(1): s12200
1 中国电子科技集团公司第十三研究所，河北 石家庄 050050
2 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
耦合光电振荡器利用有源再生主动锁模技术极大地缩短了光纤环腔长度，有效提升了低相噪光电振荡器的集成度与稳定性。针对传统耦合光电振荡器存在的偏振敏感和超模杂散问题，本团队构建了基于180 m非保偏光纤环腔的启钥式耦合光电振荡器，实现了耦合光电振荡器的开机稳定起振和超模杂散抑制，产生的10 GHz射频信号相位噪声和杂散抑制比分别优于－125 dBc/Hz@10 kHz和76.3 dB。
光纤光学 低相噪振荡器 启钥式耦合光电振荡器 偏振不敏感 中国激光
2022, 49(18): 1815001
1 南京邮电大学电子与光学工程学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院，江苏 南京 210023
为了解决宽带吸收器结构设计复杂的问题，提出了一种结构简单、偏振不敏感、吸收性能优良的超材料太赫兹宽带吸收器。该吸收器采用对称结构设计，以金属层--介质层--金属层的三层架构为基础。其中，介质层中嵌入了两个不同尺寸的圆形金属片，从而形成多层结构。采用频域有限元法(Frequency Domain Finite Element Method, FEM)分析了该吸收器的宽带吸收率、偏振敏感性和入射角度等特性。仿真结果表明: 该吸收器可以实现5.86~7 THz的宽带吸收，吸收带宽为1.14 THz，带宽内的吸收率在95%以上，且对于垂直入射的电磁波偏振并不敏感，在一定入射角度内依然保持宽带吸收。该吸收器结构设计简单且具有优良的性能，在太赫兹成像和电磁隐身等领域中具有重要的应用价值。
太赫兹 超材料 多层结构 偏振不敏感 宽带吸收器 terahertz metamaterial multilayer structure polarization-insensitive broadband absorber
1 北京信息科技大学，北京 100192
2 中国科学院微电子研究所，北京 100029
红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度，通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同，因此在集成装配时需要额外的工艺手段，工艺难度较大且效率较低。利用微纳光学超表面技术体系，可以在红外探测器衬底材料上直接制作平面式的固体浸没型微透镜阵列，实现前置微透镜与红外焦平面的单片集成。文中以红外探测领域最有潜力的锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器为应用目标，设计了一种基于GaSb衬底的固体浸没式红外超表面透镜。设计的超表面透镜在中波红外波段工作，能适用于所有入射偏振。器件设计焦距为100 μm，理论上在目标波长下的最高聚焦效率达到70.7%，数值孔径(NA)达到1.15。该设计可以推动微透镜阵列向扁平、超薄、轻量的方向发展，简化微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成工艺，有望提升红外焦平面的探测效率，并降低制造成本。
超表面透镜 固体浸没 中波红外 传输相位 偏振不敏感 metalens solid-immersion mid-wave infrared transmission phase polarization insensitive 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210360
太赫兹吸收器广泛应用于**装备及传感仪器等研究领域，因此，提出了一种四重对称结构的极化不敏感太赫兹超材料吸收器，并通过改变结构尺寸以及电流分布分析了该结构的吸收机理及影响因素。实验结果表明，该吸收器的谐振频率处于太赫兹频段且吸收率可达到99.98%。为了扩大该太赫兹吸收器的应用范围，进一步提出了两种频率可调的极化不敏感太赫兹吸收器。电磁仿真软件CST的仿真结果表明，该太赫兹超材料吸收器的吸收率较高、频率调节性能较好且对极化角度不敏感，具有较大的应用研究意义。
材料 超材料 太赫兹吸收器 极化不敏感 频率可调 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0316004
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
2 南京邮电大学 贝尔英才学院, 南京 210023
为了易于后续加工, 提出了一种偏振不敏感的太赫兹双频窄带吸收器, 其单元结构为金属谐振层-介质层-金属衬底层, 面积为25 μm×25 μm, 厚度仅为3 μm。通过S参数, 分析了器件单元结构的尺寸参数与共振频率、吸收率之间的关系。仿真结果表明:该吸收器在1.508 THz和2.464 THz共振频率处的吸收率均达到98.8%以上, 而且对入射电磁波偏振方式无限制, 在0°~40°的入射角度范围内仍然保持着良好的吸收性能。
太赫兹 超材料 多频吸收器 窄带吸收 偏振不敏感 terahertz metamaterials multi-frequency absorbers narrowband absorption polarization insensitive
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Technical Cybernetics, Samara National Research University, Moskovskoye Shosse 34, Samara 443086, Russia
2 Institute of RAS-Branch of the FSRC “Crystallography and Photonics” RAS, Molodogvardeiskaya 151, Samara 443001, Russia
3 Institute of Microelectronics and Optoelectronics, Warsaw University of Technology, Koszykowa 75, Warszawa 00-662, Poland
We propose a polarization-insensitive design of a hybrid plasmonic waveguide (HPWG) optimized at the 3.392 μm wavelength which corresponds to the absorption line of methane gas. The waveguide design is capable of providing high mode sensitivity (Smode) and evanescent field ratio (EFR) for both transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) hybrid modes. The modal analysis of the waveguide is performed via 2-dimension (2D) and 3-dimension (3D) finite element methods (FEMs). At optimized waveguide parameters, Smode and EFR of 0.94 and 0.704, can be obtained for the TE hybrid mode, respectively, whereas the TM hybrid mode can offer Smode and EFR of 0.86 and 0.67, respectively. The TE and TM hybrid modes power dissipation of ~3 dB can be obtained for a 20-μm-long hybrid plasmonic waveguide at the 60% gas concentration. We believe that the highly sensitive waveguide scheme proposed in this work overcomes the limitation of the polarization controlled light and can be utilized in gas sensing applications.
Hybrid plasmonic waveguide finite element method methane gas evanescent field absorption gas sensor polarization-insensitive Photonic Sensors
2021, 11(3): 279
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学建筑机械故障诊断与预警重点实验室，安徽 合肥 230601
3 工程机械智能制造重点实验室，安徽 合肥 230601
4 中国矿业大学（北京）网络与信息中心，北京 100083
为了实现宽带吸波器的动态可调功能，设计出一种由顶层“方环内嵌十字”、二氧化硅介质层以及二氧化钒薄膜底层组成的对称吸波器结构。在2~4 THz范围内，通过调节二氧化钒薄膜底层的电导率可以实现由低于10%的吸收效率调整至高于90%的吸收效率，切换调制深度大于65%。在宽频带范围内，可以实现动态切换该器件的反射和完美吸收功能。仿真结果表明，该吸波器具有宽角度特性和极化不敏感特性，入射角度范围达到75°。基于以上优点，该吸收器在智能衰减器、反射器以及空间调制器等太赫兹器件应用方面有巨大的潜力。
材料 二氧化钒 宽带吸收器 可切换功能 极化不敏感特性 太赫兹 激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1316001
