Author Affiliations
Abstract
1 Qingdao University, College of Physics Science, Center for Marine Observation and Communications, Qingdao, China
2 Shandong University, School of Physics, State Key Laboratory of Crystal Materials, Jinan, China
Femtosecond laser inscription or writing has been recognized as a powerful technique to engineer various materials toward a number of applications. By efficient modification of refractive indices of dielectric crystals, optical waveguides with diverse configurations have been produced by femtosecond laser writing. The waveguiding properties depend not only on the parameters of the laser writing but also on the nature of the crystals. The mode profile tailoring and polarization engineering are realizable by selecting appropriate fabrication conditions. In addition, regardless of the complexity of crystal refractive index changes induced by ultrafast pulses, several three-dimensional geometries have been designed and implemented that are useful for the fabrication of laser-written photonic chips. Some intriguing devices, e.g., waveguide lasers, wavelength converters, and quantum memories, have been made, exhibiting potential for applications in various areas. Our work gives a concise review of the femtosecond laser-inscribed waveguides in dielectric crystals and focuses on the recent advances of this research area, including the fundamentals, fabrication, and selected photonic applications.
femtosecond laser writing femtosecond laser inscription optical waveguides dielectric crystals laser crystals nonlinear optical crystals waveguide lasers frequency/wavelength conversion quantum photonic chip quantum memories Advanced Photonics
2022, 4(2): 024002
1 山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 淄博 255000
2 青岛大学物理科学学院, 山东 青岛 266071
超短超高能量脉冲激光作为研究光和物质相互作用的有力手段得到了广泛研究。啁啾脉冲放大系统是产生这种激光的关键部分,其中脉宽压缩光栅作为啁啾脉冲放大系统的核心组成器件,具有至关重要的作用。金属/介质膜光栅具有高衍射效率、宽工作带宽、高激光损伤阈值等优良特性,受到了广泛关注。详细综述了金属/介质膜脉宽压缩光栅的发展概况,重点分析了金属/介质膜光栅的设计原理和制作工艺,展望了金属/介质膜光栅的发展前景,旨在增进对金属/介质膜脉宽压缩光栅的了解。
光学器件 衍射光栅 多层膜 啁啾 脉宽压缩 激光与光电子学进展
2020, 57(1): 010004
1 青岛大学 物理科学学院, 山东 青岛 266000
2 山东省光学工程学会, 山东 青岛 266000
设计出一种结构新颖的宽波段太赫兹偏振分束器, 这种偏振分束器由夹层式亚波长金属光栅制成。亚波长金属光栅偏振分束器可以将入射的任意自然光分成两束偏振状态垂直的线偏振光。其中, TE模反射而TM模透射。设计的偏振分束器在3.5~5.5 THz波段可以达到很高的衍射效率与消光比。但是, 在光栅的实际制作过程中, 加工技术的缺陷引起的误差大大影响了光栅的性能, 比如衍射效率, 消光比等。因此文中对一些结构参数进行了计算, 从计算结果可以看出这种偏振分束器也有很好的工艺容差。当覆盖层厚度D1与底层介质厚度D3的变化范围分别为1~1.2 滋m和 2.8~3 滋m时, T■■大于96.9%, R■■大于98.7%。Tc和Rc分别大于31 dB和33.4 dB。结果显示, 设计的偏振分束器在2 THz的带宽10°的大角度范围内, 衍射效率高于90%, 消光比大于20 dB。因此文中设计对于太赫兹调制器件的研究, 以及太赫兹通信系统的集成都有很大的参考价值。
偏振分束器 太赫兹器件 亚波长光栅 polarization beam splitter terahertz device subwavelength grating 红外与激光工程
2019, 48(5): 0520003
青岛大学 物理科学学院, 山东 青岛 266071
消色差相位延迟器可以在较宽光谱范围内获得所需要的相位延迟量，是偏振光调制的核心元件之一。根据严格耦合波理论和遗传算法，提出了一种基于夹层式亚波长金属介质膜光栅的宽光谱消色差相位延迟器的设计方法，并设计了一种在900~1200 nm波长范围内实现消色差的相位延迟器，其相位延迟量在90°左右的最大偏差小于 2.3%，且横电波和横磁波的衍射效率均高于90%。数值分析表明，所设计的消色差相位延迟器对槽深和入射角具有较大的工艺容差。该消色差相位延迟器设计简单，性能稳定，具有重要的应用价值。
光栅 亚波长光栅 消色差相位延迟器 严格耦合波理论 遗传算法 衍射
1 青岛大学物理科学学院, 山东 青岛 266071
2 山东省高校光子学材料与技术重点实验室, 山东 青岛 266071
3 山东理工大学材料科学与工程学院, 山东 淄博 255049
为降低太阳能电池片表面的反射率，提出了一种基于SiO2/TiO2膜层的减反射光栅，该光栅由基底、浮雕结构和表面薄膜覆盖层组成。以加权平均反射率为评价函数，采用严格耦合波理论和遗传算法对光栅的槽深、周期、占空比、入射角和包覆层厚度等参数进行优化。所设计的太阳能电池用减反射光栅在入射波长为300~1100 nm，入射角度在±40°范围变化时加权平均反射率低于2.16%，最小加权平均反射率低于1.04%。数值分析表明设计的光栅具有优良的工艺容差。
光栅 减反射 宽光谱 严格耦合波理论 光学学报
2013, 33(12): 1205001
1 青岛大学物理科学学院山东省光子学材料与技术重点实验室, 山东 青岛 266071
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
设计了一种适用于脉冲无畸变慢光传输的带隙型光子晶体光纤。用平面波展开法分析了该带隙型光子晶体光纤的能带结构、群折射率以及群速度色散等特性。分析结果表明，通过对光子晶体光纤的内包层空气孔进行微流体填充，可以有效改善光子晶体光纤的慢光特性，并且得到了群折射率为6，带宽超过100 nm的超宽带光子晶体慢光光纤，实现了宽带的平坦慢光传输。该带隙型光子晶体光纤在光纤通信、信息处理、光纤传感及光与物质相互作用中有广泛的应用前景。
光纤光学 光子晶体光纤 平面波展开法 能带结构 群速度色散 慢光
基于计算全息，结合4f系统双随机相位图像加密技术，提出了一种图像加密以及传输的新方法。分析了计算全息(CGH)记录图像独具的扩频效应及特有的解密密钥，并实现了针对全息图不同的频谱单元及组合，采用原相位板、共轭板以及两者的有序组合作为解密密钥的计算机模拟，研究了其抗噪性能，新方法提高了图像加密的安全性。
图像处理 图像加密 计算全息 单元频谱 光学密钥 组合密钥 激光与光电子学进展
2012, 49(4): 040902
基于飞秒激光对脉宽压缩光栅宽光谱和高衍射效率的要求，提出了一种金属介质膜结构的宽光谱高衍射效率脉宽压缩光栅，该光栅由基底、金属介质膜和表面浮雕结构组成。为获得宽光谱高衍射效率的脉宽压缩光栅，采用严格耦合波理论对金属介质膜光栅的结构参数进行优化设计。数值分析表明当金属介质光栅的槽深、剩余厚度、占空比和入射角分别为272 nm,10 nm,0.23和54°时，对于中心波长为800 nm的TE波，其-1级衍射效率在732~886 nm内优于97%，有效工作带宽达150 nm。
衍射 宽光谱 严格耦合波理论 金属介质膜光栅 光学学报
2011, 31(10): 1005001
为获得性能优良的三基色窄带滤光片，提出了一种基于减反射薄膜波导光栅结构的导模共振滤光片。该滤光片由亚波长光栅结构、波导层和基底组成。采用严格耦合波理论分析了亚波长光栅结构和波导层厚度对导模共振滤光片反射光谱性能的影响。数值分析表明λ/4-λ/2-λ/4结构能有效提高导模共振滤光片的性能。当光栅结构位于基底侧时，红绿蓝三基色滤光片旁通带截止带宽分别为447,349和279 nm，反射率均优于95%，反射带均小于0.2 nm。设计的三基色滤光片具有良好的窄带反射特性，在彩色合成与调制中有应用前景。
衍射 导模共振 三基色 亚波长光栅 光学学报
2011, 31(10): 1005006
