目錄
第一部分硅基片上微納光子器件
第1章耦合器理論3
1.1引言3
1.2波導(dǎo)光柵器件設(shè)計(jì)理論4
1.2.1波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)4
1.2.2布拉格條件5
1.2.3波矢圖6
1.3嚴(yán)格耦合波解析方法7
1.4FDTD數(shù)值方法11
參考文獻(xiàn)13
第2章硅基波導(dǎo)模斑轉(zhuǎn)換器15
2.1引言15
2.2基本原理和設(shè)計(jì)方案17
2.2.1相位補(bǔ)償原理17
2.2.2設(shè)計(jì)與優(yōu)化19
2.3基于光學(xué)透鏡的錐形模斑轉(zhuǎn)換器21
2.4拓展延伸24
2.5本章小結(jié)27
參考文獻(xiàn)27
第3章偏振相關(guān)波導(dǎo)器件29
3.1引言29
3.2定向耦合型TM偏振起偏器及分束器的研究30
3.2.1研究背景30
3.2.2設(shè)計(jì)TM型偏振起偏器的基本原理31
3.2.3定向耦合器的基本原理32
3.2.4設(shè)計(jì)TM型偏振器參數(shù)優(yōu)化33
3.2.5本節(jié)小結(jié)38
3.3偏振不敏感MMI分束器38
3.3.1研究背景38
3.3.2自成像原理39
3.3.3多模干涉耦合器的干涉模式40
3.3.4多模干涉耦合器的設(shè)計(jì)41
3.3.5本節(jié)小結(jié)45
3.4本章總結(jié)46
參考文獻(xiàn)46
第4章硅基波導(dǎo)光柵耦合器的設(shè)計(jì)48
4.1引言48
4.2階梯型波導(dǎo)光柵耦合器的設(shè)計(jì)及模擬48
4.3二元閃耀光柵耦合器的設(shè)計(jì)及模擬52
4.3.1等效介質(zhì)膜理論52
4.3.2二元閃耀光柵占空比55
4.3.3二元閃耀光柵的設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬57
4.4對(duì)稱式全刻蝕啁啾型亞波長(zhǎng)二元閃耀光柵分束器62
參考文獻(xiàn)66
第二部分石墨烯太赫茲波束調(diào)控器件
第5章石墨烯電磁特性及波束調(diào)控原理69
5.1引言69
5.2石墨烯的電磁特性69
5.2.1石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)70
5.2.2石墨烯的電導(dǎo)率72
5.2.3石墨烯的可調(diào)諧特性74
5.2.4石墨烯的表面等離激元74
5.3廣義斯內(nèi)爾定律82
5.4渦旋光束的基本原理85
5.4.1渦旋光束的性質(zhì)85
5.4.2渦旋光束的產(chǎn)生方法86
5.5有限元算法簡(jiǎn)介87
5.6本章小結(jié)88
參考文獻(xiàn)89
第6章基于單電極調(diào)控的波束擺掃與動(dòng)態(tài)聚焦器件93
6.1引言93
6.2波束調(diào)控器件研究現(xiàn)狀94
6.3非均勻周期性結(jié)構(gòu)的特性分析97
6.3.1結(jié)構(gòu)單元特性分析98
6.3.2絕緣介質(zhì)層厚度的優(yōu)化101
6.3.3傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的缺陷102
6.4單電極調(diào)控的波束擺掃器件103
6.4.1單電極控制的波束擺掃器件設(shè)計(jì)103
6.4.2不同尺寸器件的性能對(duì)比106
6.4.3波束擺掃器的寬帶特性分析108
6.5單電極調(diào)控的可變焦超透鏡109
6.5.1可變焦超透鏡的設(shè)計(jì)109
6.5.2可變焦超透鏡的可調(diào)特性分析111
6.5.3可變焦超透鏡的寬帶特性分析112
6.6本章小結(jié)113
參考文獻(xiàn)114
第7章基于開口諧振環(huán)的可調(diào)偏振轉(zhuǎn)換與波束調(diào)控器件116
7.1引言116
7.2可調(diào)偏振轉(zhuǎn)換超材料的研究現(xiàn)狀116
7.3超薄的可調(diào)偏振轉(zhuǎn)換器件117
7.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與響應(yīng)特性分析117
7.3.2偏振轉(zhuǎn)換原理分析119
7.3.3偏振轉(zhuǎn)換效率的可調(diào)性121
7.4偏振轉(zhuǎn)換與分束器件123
7.4.1開口諧振環(huán)的相位特性分析123
7.4.2偏振分束器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析124
7.5偏振轉(zhuǎn)換與聚焦器件128
7.5.1偏振聚焦超透鏡設(shè)計(jì)128
7.5.2偏振聚焦超透鏡特性分析131
7.6本章小結(jié)132
參考文獻(xiàn)133
第8章基于交叉形結(jié)構(gòu)的可調(diào)渦旋光生成器件135
8.1引言135
8.2基于超表面方式產(chǎn)生渦旋光的機(jī)理分析136
8.3交叉形諧振單元的提出與特性分析138
8.3.1常規(guī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的缺陷138
8.3.2交叉形諧振結(jié)構(gòu)單元的提出140
8.3.3交叉結(jié)構(gòu)諧振單元的特性分析141
8.4不可調(diào)控渦旋光生成器設(shè)計(jì)143
8.4.1不可調(diào)控螺旋相位板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)143
8.4.2不可調(diào)渦旋光生成器的效果分析146
8.5可調(diào)控渦旋光束生成器設(shè)計(jì)147
8.5.1可調(diào)螺旋相位板的參數(shù)選取147
8.5.2可調(diào)渦旋光束生成器效果分析149
8.6本章小結(jié)151
參考文獻(xiàn)151
第三部分超表面和光子晶體器件
第9章基于相變材料的近紅外可調(diào)平面透鏡155
9.1引言155
9.2設(shè)計(jì)方法156
9.2.1幾何相位原理156
9.2.2相變材料調(diào)控159
9.2.3單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)161
9.2.4平面透鏡設(shè)計(jì)166
9.3平面透鏡調(diào)控效果167
9.3.1平面透鏡開關(guān)調(diào)控效果167
9.3.2平面透鏡連續(xù)調(diào)控效果169
9.4平面透鏡寬帶特性與魯棒性171
9.4.1平面透鏡寬帶特性171
9.4.2平面透鏡魯棒性172
9.5本章小結(jié)175
參考文獻(xiàn)176
第10章中紅外動(dòng)態(tài)可調(diào)平面透鏡陣列180
10.1引言180
10.2相變材料GST可調(diào)平面透鏡陣列182
10.2.1材料與設(shè)計(jì)方法182
10.2.2可調(diào)平面透鏡陣列186
10.3VO2平面透鏡陣列192
10.3.1單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)192
10.3.2VO2可調(diào)平面透鏡陣列調(diào)控效果194
10.4本章小結(jié)195
參考文獻(xiàn)196
第11章基于混合材料超表面的可調(diào)電磁感應(yīng)透明效應(yīng)198
11.1引言198
11.2相變材料的光學(xué)特性199
11.3電磁感應(yīng)透明效應(yīng)203
11.4基于相變材料硅超表面的近紅外可調(diào)電磁感應(yīng)透明效應(yīng)207
11.4.1結(jié)構(gòu)、材料與仿真方法208
11.4.2結(jié)果與討論209
11.5基于相變材料金屬超表面的太赫茲可調(diào)電磁感應(yīng)透明效應(yīng)214
11.5.1結(jié)構(gòu)、材料與仿真方法214
11.5.2結(jié)果與討論215
11.6本章小結(jié)223
參考文獻(xiàn)224
第12章對(duì)稱光子晶體中的連續(xù)域束縛態(tài)研究228
12.1引言228
12.2光學(xué)連續(xù)域束縛態(tài)簡(jiǎn)介229
12.3多極子展開法232
12.4對(duì)稱光子晶體中的連續(xù)域束縛態(tài)235
12.4.1幾何結(jié)構(gòu)與調(diào)制方案235
12.4.2光譜與本征模式分析236
12.4.3品質(zhì)因子分析240
12.4.4多極子展開分析242
12.4.5非對(duì)稱調(diào)制方案243
12.4.6損耗與基底的影響244
12.5本章小結(jié)247
參考文獻(xiàn)247
第四部分微納光子器件的智能算法設(shè)計(jì)
第13章可擴(kuò)展的寬帶偏振分束器251
13.1偏振分束器251
13.2基于目標(biāo)優(yōu)先優(yōu)化算法的偏振分束器設(shè)計(jì)253
13.2.1器件結(jié)構(gòu)與優(yōu)化區(qū)域尺寸選取253
13.2.2器件的目標(biāo)優(yōu)先優(yōu)化設(shè)計(jì)258
13.3梯度下降與水平集方法260
13.3.1梯度下降法的定義260
13.3.2梯度下降法的優(yōu)化流程260
13.3.3梯度下降法的優(yōu)化結(jié)果263
13.3.4水平集方法264
13.3.5水平集演化結(jié)果267
13.4本章小結(jié)267
參考文獻(xiàn)270
第14章聚焦波長(zhǎng)分束器272
14.1基于逆向設(shè)計(jì)算法的多功能器件272
14.2聚焦波長(zhǎng)分束器273
14.2.1建模274
14.2.2二值化276
14.2.3正則化279
14.2.4加工測(cè)試281
14.2.5測(cè)試結(jié)果285
14.2.6魯棒性分析287
14.2.7三通道聚焦波長(zhǎng)分束器288
14.3本章小結(jié)289
參考文獻(xiàn)289
第五部分微納光子器件的應(yīng)用
第15章偏振不敏感量子干涉儀293
15.1研究背景293
15.2偏振不敏感量子干涉儀的設(shè)計(jì)295
15.2.1MMI多模干涉耦合器的原理295
15.2.2MMI分束器參數(shù)的優(yōu)化295
15.2.3MZI的工作原理300
15.3本章總結(jié)302
參考文獻(xiàn)303
第16章偏振不敏感3×3量子干涉系統(tǒng)304
16.1研究背景304
16.2基本原理305
16.2.1 3×3量子干涉儀的基本原理305
16.2.2偏振不敏感3×3MMI耦合器的設(shè)計(jì)308
16.2.3偏振不敏感3×3MMI耦合器參數(shù)優(yōu)化310
16.3本章總結(jié)314
參考文獻(xiàn)315
第17章熱偽裝微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用316
17.1引言316
17.2熱偽裝的基本理論317
17.2.1熱成像基本原理317
17.2.2中紅外大氣透明窗口318
17.3基于反向設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)應(yīng)用于兼容熱管理的熱偽裝319
17.3.1熱偽裝超表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)320
17.3.2熱偽裝超表面原理分析322
17.3.3熱偽裝超表面性能評(píng)價(jià)324
17.4激光操控?zé)醾窝b微結(jié)構(gòu)及多功能熱偽裝329
17.4.1熱偽裝微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制備329
17.4.2熱偽裝性能表征及熱源偽裝數(shù)值模擬334
參考文獻(xiàn)343
第18章紅外輻射調(diào)控及其應(yīng)用346
18.1引言346
18.2基于反向設(shè)計(jì)的太陽光吸收體346
18.2.1反向設(shè)計(jì)超表面結(jié)構(gòu)347
18.2.2單層納米柱及雙層納米柱數(shù)值模擬分析347
18.2.3反向設(shè)計(jì)超表面性能評(píng)估352
18.3基于反向設(shè)計(jì)的類光子晶體輻射器應(yīng)用于輻射冷卻358
18.3.1類光子晶體輻射器反向設(shè)計(jì)358
18.3.2類光子晶體輻射器性能評(píng)估361
18.4基于石墨烯的可調(diào)器件設(shè)計(jì)及其應(yīng)用368
18.4.1石墨烯超表面圖案化設(shè)計(jì)368
18.4.2石墨烯電導(dǎo)率可調(diào)理論369
18.4.3石墨烯超表面應(yīng)用于多功能光器件調(diào)制370
參考文獻(xiàn)378