1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210023
柱矢量光束的紧聚焦在光学微操纵、光学存储、激光微加工、超分辨率成像和粒子加速等领域发挥着重要作用。亚波长光栅平凹透镜对柱矢量光束的紧聚焦的能力仍有提升空间，本文利用闪耀结构将光的能量从零级转移并集中到-1级，对亚波长光栅平凹透镜的聚焦性能进行优化。提高了透镜的衍射效率，增强了焦场的能量。通过调整高斯径向偏振光的形状参数，改变入射光振幅及入射区域半径实现对焦场能量的动态调控。进一步地，调控柱矢量光束的偏振组分能够直接有效地横向调制焦场，获得多样化形貌的焦斑。本文的优化手段对于其他光栅透镜也具有参考意义，该研究结果在超分辨率成像以及光场调控等领域具有潜在的应用价值。
亚波长光栅透镜 柱矢量光束 闪耀结构 聚焦 调控
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
基于严格耦合波理论，分析GaAs/AlOx高折射率对比度亚波长光栅（HCG）反射镜的偏振和反射特性，设计了横电（TE）偏振的HCG。当入射光由衬底垂直入射时，HCG在940 nm附近的最高反射率接近1。分析了光栅形貌误差和入射角偏差对其反射特性的影响。采用金属有机化合物气相沉积技术进行外延生长，通过电子束曝光、干法刻蚀、湿法刻蚀以及湿法氧化等方法制备出HCG，并进行理论与实验结果的对比分析。实验测试了入射光由光栅表面垂直入射的反射率，其中TE偏振光的最高反射率达到84.9%，与86.5%的理论值比较接近，且横磁（TM）偏振光的反射率低于40%，反射谱的变化规律也与理论结果基本一致，这验证了理论结果的合理性。该反射镜可以作为垂直腔面发射激光器的超薄反射器，具有低损耗、偏振稳定和单模工作的特性。
光栅 高折射率对比度亚波长光栅 衍射效率 偏振 单模 垂直腔面发射激光器
1 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
2 中国科学院上海高等研究院基础交叉研究中心，上海 201210
3 中国科学院大学，北京 100049
合成孔径技术是一种能够有效实现超分辨成像的技术。目前的合成孔径成像技术大多以标量衍射理论为基础，但当成像目标的尺寸小于波长时，标量衍射理论中的近似与假设不再成立。因此，本团队在高斯光束照明条件下，以更为严格的耦合波理论为基础，分析了亚波长光栅的合成孔径成像技术。通过模拟仿真280 nm周期、140 nm线宽的一维矩形光栅的合成孔径成像，分析了光栅有界情况下，模式个数对光栅重构的影响以及恢复光栅结构所需的最少模式个数。接下来讨论了标量衍射理论相对于耦合波理论可能产生的误差。分析了照明光以±90°入射的理想情况下对光栅进行合成孔径成像的最小分辨率，并认为其仅与波长有关，可分辨的光栅周期最小为λ/2，线宽分辨率为λ/4。本文为合成孔径技术在亚波长光栅中的应用提供了更严格的理论基础。
全息 合成孔径成像 亚波长光栅 严格耦合波分析 超分辨成像 中国激光
2022, 49(24): 2406001
增强现实显示器件作为一种可穿戴式的智能设备，通过将虚拟信息叠加在真实视野上，两种信息相互补充叠加，显著增强对真实世界的体验，对器件体积和质量的要求非常严格。微纳光学元件是指厚度及特征尺寸在纳米或微米量级的光学元件，在拥有强大的光场调控能力的前提下为缩减系统的尺寸和体积提供了新的途径。首先回顾几类典型微纳光学元件的原理和调控方式，随后讨论微纳光学元件在增强现实器件的技术路径和应用，并展望未来的发展。
微纳光学 增强现实 亚波长光栅 超表面 激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011003
新一代片上传感系统提出了微型化、集成化、低成本等发展需求, 硅基集成波导器件适应其发展趋势, 其中亚波长光栅结构因独特的模场分布特性在折射率传感领域备受青睐。文章首先对亚波长光栅波导的工作原理进行了介绍, 阐述其在折射率传感领域的优势, 然后按器件结构分类梳理了亚波长光栅结构折射率传感的最新研究进展, 并分析和总结了不同器件结构的优缺点, 最后展望了基于亚波长光栅结构的折射率传感未来的发展方向。
硅基 亚波长光栅 微腔 微环谐振器 折射率传感 silicon-based subwavelength grating micro-cavity microring resonator refractive index sensing
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
宽带、可调滤波器被认为是突破信息处理技术瓶颈的关键器件之一，可以有效提升信息网络的传输容量和频谱效率。提出了一种基于级联啁啾亚波长光栅辅助反向耦合器的超宽带可调滤波器。该滤波器采用绝缘体上硅材料，通过在反向耦合器中使用亚波长光栅和引入啁啾实现超宽带滤波，通过级联反向耦合器实现带宽可调。分析了反向耦合器的传输函数，提出了提高器件带宽的方法。采用单个反向耦合器结构可以实现带宽为64.07 nm，旁瓣抑制比大于10.5 dB，插入损耗约为0.60 dB的超宽带滤波器。通过级联该结构，可实现插入损耗为1 dB，带宽调节范围为44.30~48.92 nm的宽带可调滤波器。该宽带可调滤波器具有超大带宽、可调谐、矩形度高、尺寸小和可实现无中断传输等优势，能被广泛应用于光滤波和信息传输等领域中。
光学学报
2022, 42(14): 1405003
聊城大学物理科学与信息工程学院山东省光通信科学与技术重点实验室，山东 聊城 252000
基于Al0.9Ga0.1As/Al2O3亚波长光栅设计了一种高性能偏振分束器。该偏振分束器由Al0.9Ga0.1As和Al2O3交替形成，制备简单、结构稳定且易于集成。采用严格耦合波分析方法对光栅反射率和占空比、周期的变化关系进行了分析，通过选取合适的光栅参数实现光栅结构对横电（TE）、横磁（TM）偏振光不同的衍射特性，进而实现了偏振分束功能。仿真和计算结果表明，在80 nm（800~880 nm）宽光谱范围内，该光栅偏振分束器对TE偏振光的反射率大于94%，对TM偏振光的透射率大于90%，且偏振消光比大于10 dB，最高可达41.37 dB。此外，还研究了光栅参数变化和入射角度偏转对偏振分束器性能的影响。结果表明，该偏振分束器具有良好的工艺容差，对垂直入射有左右各偏转4°的容忍性，有效解决了传统偏振分束器难以集成和制备工艺复杂的问题，可与GaAs基器件集成后实现对入射光束的调控。
亚波长光栅 偏振分束器 严格耦合波分析 偏振消光比 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1305001
1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学轻纺工程学院, 山西 太原 030024
3 太原理工大学材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
4 陕西科技大学材料原子∙分子科学研究所, 陕西 西安 710021;
研究了一维TiO2亚波长光栅(SWG)的衍射异常现象,具体表现为泄漏模共振效应和瑞利异常。研究表明,一定参数条件下的横磁波(TM偏振)和横电波(TE偏振)入射均会出现瑞利异常和泄漏模共振效应。在 TM偏振光情况下,会出现传统的窄带、高衍射效率泄漏模共振效应,而在TE偏振光情况下,由于多个接近的泄漏模共振峰相互叠加,故会形成宽带、高衍射效率的反射谱。采用严格耦合波理论计算了一维TiO2 SWG的衍射效率,研究了光栅周期、高度和占空比对光栅反射率的影响。当光栅周期为0.49 μm,高度为0.25 μm,占空比为0.34时,SWG具有TE偏振选择性,在0.52 μm波段处的反射率接近1,且高反带(反射率达到99.9%以上)宽度为26 nm。优化各结构参数,得到光栅周期、占空比、高度的制作容差分别为1.6%、8.3%、2.0%,故SWG理论上可以作为垂直腔面发射激光器的反射镜。
衍射 垂直腔面发射激光器 亚波长光栅 TiO2 严格耦合波理论
