Transmission and Reflection through $1$D Metallo-Dielectric Gratings of Real Metals under Sub-wavelength Condition
在亚波长条件（$w<λ/2$）下，建立了真实金属材料的$1$ D金属-介质光栅的光透射和反射解析模型。结果表明，真实金属的$1$ D金属-介质光栅的法布里-珀罗（FP）共振透射强度随光栅厚度和脊材料介电常数的增加而减小。此外，还证明了FP共振的强度随着狭缝宽度的增加而增加，而它与光栅周期（$P$）和入射角无关（当$P << λ$
2015-06-03 physics.optics
Transverse magneto-optical Kerr effect in subwavelength dielectric gratings
从理论上证明了由磁绝缘和介电纳米条纹交替组成的亚波长光栅中存在大的横向磁光克尔效应。光栅的反射率在对应于TMOKE响应的最大值的频率处达到$96\%$。大的TMOKE响应和高反射率的组合对于$3$ D成像、磁光数据存储和磁振子中的应用是重要的。
2014-02-25 physics.optics
Kapitza homogenization of deep gratings for designing dielectric metamaterials
我们从理论上研究了横向光栅对横向电波的介电响应的均匀化，其特征在于Kapitza条件，即介电常数随着调制深度的缩放而快速调制为大的波长与调制周期比。我们表明，所产生的有效介电常数，除了标准的平均基础的介电分布，有进一步的贡献所产生的快速和深的介电调制。这种贡献与另一种贡献相当，因此可以为设计介电超材料提供另一种方法。作为一个例子，我们讨论了一个有效的金属到介电过渡所产生的Kapitza的贡献，通过改变光栅深度。
2013-03-20 physics.optics
Flat Dielectric Grating Reflectors with High Focusing Power
亚波长介质光栅（SWG）是近年来出现的一种替代分布式布拉格反射（DBR）介质叠层的宽带、高反射率滤波器件。由具有适当图案化的单个介电层组成的SWG结构有时可以表现得与三十或四十个介电DBR层一样好，同时提供诸如偏振控制和近场放大的新功能。在本文中，我们介绍了一个显着的属性，不能实现的DBR对应的光栅镜：我们表明，非周期性图案的光栅表面可以完全控制反射光的相位前，同时保持高反射率。介质光栅的这一新特性可能会对许多依赖低成本、紧凑型光学元件的应用产生重大影响，从激光腔到CD/DVD读/写头。
2010-01-21 physics.optics
Low-power optical bistability in $\mathcal{PT}$-symmetric chirped Bragg gratings with four-wave mixing
这篇文章的中心主题是分析在具有增益和损耗的非均匀光栅结构中引入克尔非线性的四波混频或调制的有用性。为此，我们提出了一个非均匀的系统，其中的$\mathcal{PT}$对称光栅的非线性调制。事实证明，只有假设非线性及其相关调制项是自散焦项，所提出的方案才能取得成果。为了降低操纵所需的强度，啁啾的符号被取为负，并且工作光的波长被认为高于布拉格波长。除了这些设置之外，从器件的后端发射光还将临界强度显著降低到0.015（大约）的值，这一定是在非线性$\mathcal{PT}$对称光栅的背景下报道的最低切换强度。即使在两个光入射方向的非线性指数的调制的公司中，在破坏的$\mathcal{PT}$对称制度中的斜坡状稳定状态也占上风。
2022-01-03 nlin.PS physics.optics
Propagating bound states in the continuum in dielectric gratings
我们考虑在介质光栅中连续介质中传播束缚态。光栅由一个平板组成，在平板的顶部或两侧周期性地排列有脊。基于傅立叶模态方法，我们恢复泄漏区以上的光线，以确定光栅的几何形状支持布洛赫束缚态在垂直于脊的方向上传播。最重要的是，它表明，如果一个双面光栅具有镜像或滑移对称的布洛赫束缚态是稳定的参数的变化，只要上述对称性被保存。
2018-02-10 physics.optics
Resonant Wood's anomaly diffraction condition in dielectric and plasmonic grating structures
利用准导模的有效参数描述了导致反射谱和透射谱中所谓的共振Wood异常的光散射的一般特征。给出了等离子体光栅结构的情况下确定伍德异常的光谱角依赖性的表达式，并与介电光栅结构的类似表达式进行了比较。比较共振伍德异常（RWA）的表面等离子体极化激元共振（SPPRs）进行了讨论。
2016-12-27 physics.optics
Resonant response in tunable metasurface based on crossed all-dielectric gratings
我们从理论上证明了由交叉的全介质条形光栅组成的Mie谐振介质超颖表面的光谱响应的机械调谐。我们使用两个阵列的平行介质条相互叠加，以机械地改变它们之间的交叉角，从而改变在很宽的频率范围内的光谱响应的最大值的位置。在斜网格中，超颖表面结构被认为是一个双周期系统。这种机械可控的超颖表面在开发柔性偏振敏感光学器件方面具有广阔的应用前景。
2021-12-14 physics.optics
On the giant enhancement of light in plasmonic or all-dielectric gratings comprising nano-voids
我们报告了在高折射率电介质材料中制成的浅纳米沟槽内产生巨大光场增强的可能性，因为共振行为让人想起我们用亚波长等离子体腔得到的。高品质因数通过模态分析进行解释，并可以调整适当的设计规则。这里模拟的薄介电空隙光栅可以是用于化学传感的基于等离子体激元的设备的相关替代方案，或者可以通过采用弱吸收材料来用作有效的波长选择性光吸收体。
2018-10-31 physics.optics
Single-Order Transmission Diffraction Gratings based on Dispersion Engineered All-dielectric Metasurfaces
提出了一种基于色散工程全介质超颖表面的单级透射衍射光栅，并对其波长鉴别特性进行了理论分析和数值模拟。超表面的设计使用的全介质谐振器，它模仿惠更斯源配置，以实现一个完美的匹配，以自由空间在宽带宽的2D阵列。使用多孔介电纳米盘结构作为单位单元，谐振波长在超颖表面上逐渐变细，以设计波长相关的空间相位梯度，以模拟色散棱镜。因此，不同的波长被转向不同的方向，从而在输出图像平面上被区分。由于所涉及的亚波长周期性，与传统的衍射光栅不同，直接在器件的第零衍射级中实现波长鉴别，从而提供了高效的波长鉴别器件。
2016-04-22 physics.optics
Giant reflection band and anomalous negative transmission in a resonant dielectric grating slab: application to a planar cavity
本文研究了在P偏振下，入射角与等效矩形介质光栅平板布儒斯特角相差不大的情况下，自持矩形介质光栅平板中巨反射带和反常负透射的基本光学效应。注意，自持介质光栅板是最简单的系统，由于布拉格衍射，可以显示前两种光学效应。系统地研究了它的光学响应的一般入射几何形状的麦克斯韦方程组的解析精确解。在亚波长范围内，高对比度介质光栅板中众所周知的宽反射带的变化，通过行进基波和第一衍射波之间的相消干涉获得（所谓的第二类伍德异常的概括），巨大的反射带是由于相互作用而产生的微妙效应，以及在行进基波和第一准引导衍射波之间，以及在消逝/发散波的较高平面内波矢量分量之间。为了更好地描述这种效果，我们将比较的自维持的高对比度的介质光栅板的光学响应与系统组成的一个等效的均匀板与薄的矩形高对比度的介质光栅刻在两个表面之一，通常作为原型的第二种伍德的异常生成。最后，简要讨论了由两块自支撑矩形介质栅板构成的平面谐振腔中的电磁场约束问题。
2012-05-24 physics.optics
Bound states in the continuum and exceptional points in dielectric waveguide equipped with a metal grating
连续体中的束缚态（BIC）和例外点（EP）是最近深入研究的主题，因为它们表现出对基础物理和实际应用都有意义的奇异现象。我们研究了由金属光栅构成的介质波导中的Friedrich-Wintgen（FW）型BIC和EP的出现，重点研究了它们对光栅厚度的依赖性。对于任何厚度的光栅，BIC出现在由两个波导模式形成的反交叉附近的分支处。随着光栅厚度的变化，反交叉间隙发生变化，BIC出现的分支发生翻转。我们表明，当狭缝是单模，BIC出现在两个波导模式之间的交叉处的空晶格（零缝宽）的限制，而结果满足的分支处BIC出现在以前的报告中的标准。此外，我们发现，EP出现在BIC附近的同一设备中，只有选择光栅厚度。包括金属光栅的电介质波导中的BIC和EP，特别是具有这种可调谐性的BIC和EP，除了作为非厄米系统的基础研究的平台之外，还有望导致功能和高性能光子器件的发展。
2020-01-22 physics.optics
Compact wavelength add-drop multiplexers using Bragg gratings in coupled dielectric-loaded plasmonic waveguides
本文提出了一种利用介质加载表面等离子体激元波导（DLSPPWs）的紧凑型波长分插复用器。基于DLSPPW的配置利用定向耦合器的路由特性和布拉格光栅的滤波能力。我们提出了一个20- $μ$米长的设备在电信波长，可以重新路由约70 nm的波长带中分离的光信号工作的实际实现。我们使用扫描近场光学显微镜以及泄漏辐射显微镜表征制造的结构的性能，并支持我们的研究结果与数值模拟。
2016-09-17 physics.optics
Large bandwidth, highly efficient optical gratings through high index materials
我们分析了具有高折射率光栅层的介质光栅的衍射特性，并通过严格的数值计算，设计了反射，透射和浸没透射几何结构的大带宽，高效率，高色散介质光栅。本文提出了一种介质TIR光栅，它的-1dB带宽比全玻璃光栅的带宽增加了一倍。通过允许倾斜的薄片，短波长衍射效率被额外地提高。光栅超过了整个八度的闪耀的金色光栅。设计了一种浸没式透射光栅，其-1dB带宽是全玻璃透射光栅的三倍，并且在几乎整个倍频程上超过了等效的经典透射光栅。提出了一种具有高折射率埋层结构的透射光栅。该光栅在设计波长处的衍射效率为100%，在整个倍频程上超过了等效的熔融石英光栅。
2008-09-30 physics.optics
Avoided crossings and bound states in the continuum in low-contrast dielectric gratings
我们考虑了低对比度介质光栅中的束缚态。结果表明，BIC起源于等效介质板上的约化导模，等效介质板的介电常数等于DG的平均介电常数。在孤立共振的情况下，BIC的位置可以从导漏模的两波色散关系中找到。在两族漏模之间简并的情况下，系统表现出避免共振交叉。在避免交叉的光谱附近，Volya和Zelevinsky在通用形式主义的框架中使用单个拟合参数描述了透射率以及BIC的出现[Physical Review C 67，054322（2003）]。
2018-10-05 physics.optics
Terahertz composite plasmonic slabs based on double-layer metallic gratings
实验和数值模拟表明，基于双层金属光栅和介质膜的复合等离子体平板可以在太赫兹波段支持两个谐振模式，并形成宽禁带（40%）。与双层金属光栅相比，复合太赫兹平板中的介质膜显著增强了横磁（TM）模式的传输。电场矢量证明了低频共振模式来源于对称等离子体激元模式，高频共振模式是由等离子体激元模式和介电模式的混合模式引起的。通过改变光栅的结构参数，分析了金属光栅与介质膜之间固有的近场耦合。我们进一步证明，通过调整金属光栅的宽度，可以操纵的等离子体激元带隙。这些结果表明，这种复合等离子体平板具有很大的潜力，可用作太赫兹区域的滤波器，偏振器和传感器。
2020-03-09 physics.optics
Bounds on Propagation Constants in Dielectric Gratings
该研究针对无损耗介质衍射光栅，从完全耦合矢量本征问题的傅里叶级数表述出发，分别推导了正则模式和幽灵模式归一化纵向传播常数的解析界，为相关模式分析提供了理论依据。
2026-10-12 physics.optics
Resonant coupling between bulk waves and guided modes in a dielectric slab with a thick holographic grating
我们认为是一种新的类型的共振耦合的入射体波到一个厚的全息光栅板的导模中发生在布拉格条件的强频率失谐的存在下。这通过具有板-光栅边界的强非本征+1衍射级的反射发生，所得到的反射波形成导光板模式。严格的耦合波分析用于预测的共振效应的数值分析。可能的应用包括多路复用和解复用系统、光信号处理设备、光传感器和测量技术的设计的增强选项。
2006-03-13 physics.optics
Refractive index sensing based on large negative Goos-H$\ddot{a}$nchen shifts of wavy dielectric grating
本研究利用波浪形介质光栅的准连续谱束缚态激发产生的大负Goos-Hänchen位移，通过测量耦合到相连平板波导的能流实现背景介质折射率传感，该方案可与光路波导集成。
2024-05-16 physics.optics
Terahertz optically tunable dielectric metamaterials without microfabrication
我们从理论上研究了半导体平板上的太赫兹介电响应。这种周期性结构是由于两个倾斜的红外平面波的干涉激发了电荷载流子，从而可以分别通过改变光束强度和入射角来调节光栅的深度和周期。在光栅周期远小于太赫兹波长的情况下，我们通过电磁全波模拟耦合到由红外辐射激发的电荷载流子的动力学来数值评估有效介电常数张量的普通和非凡分量。我们表明，光致超材料的光学响应可以通过改变光栅定制，它的范围从双折射到双曲线到各向异性负介电，而无需诉诸微加工。
2012-12-17 physics.optics
Polarization-based branch selection of bound states in the continuum in dielectric waveguide modes anti-crossed by a metal grating
我们研究了在一个平面介质波导结构中的连续束缚态（BIC），该结构由一个金光栅和一个金属背层组成。在这种结构中，由两个波导模的辐射之间的相消干涉引起的Friedrich-Wintgen（FW）BIC出现在色散曲线的反交叉点附近。在这项研究中，它揭示了BIC出现的分支的变化，根据入射辐射的偏振。基于时间耦合模理论，证明了BIC分支由两个波导模之间的耦合系数与外部辐射的乘积的符号决定，这与FW理论是一致的。的耦合系数的符号估计的数值获得的电场的波导模式分解，并确认根据极化而变化。
2019-07-23 physics.optics
Frequency-domain calculation of Smith-Purcell radiation for metallic and dielectric gratings
在频域模拟中比较了金属光栅和电介质光栅（硅，二氧化硅）的史密斯-珀塞尔辐射强度。数值模型进行了讨论，并验证了切伦科夫辐射的Frank-Tamm公式。对于30 keV的电子，矩形介电光栅的效率比它们的金属对应物低，对于硅低一个数量级，对于二氧化硅低两个数量级。对于所研究的所有光栅，由于光栅中的电磁谐振，辐射强度随光栅齿高振荡。三维和二维数值模型进行了比较。
2020-09-05 physics.acc-ph physics.optics
Transmission comb of a distributed Bragg reflector induced by two surface dielectric gratings
利用传输矩阵理论，研究了上下各有一个介质光栅的分布布拉格反射镜（DBR）的透射特性。由于两个光栅的衍射作用，在DBR的禁带范围内，透射谱呈现出梳状谱，随着光栅周期的增加，透射谱发生红移。梳状峰的数目密度随着DBR单元数目的增加而增加，而透射梳状峰的平均半高宽（FWHM）与相应的平均自由光谱范围的比值几乎不变，对于TE和TM入射波约为0.04和0.02。TM波的平均半高宽约为TE波的一半，并且两者都可以窄于0.1nm。此外，在一定的波段内，TE波和TM波的透射梳状峰可以完全分离。我们进一步证明了透射梳是强大的对DBR层的高度的随机性，即使当15%的随机性被添加到他们的高度。因此，所提出的结构是多通道窄带滤波器或多通道偏振器的候选者。
2015-05-21 physics.optics
Symmetry and reciprocity constraints on diffraction by gratings of quasi-planar particles
考虑了准平面粒子光栅衍射场偏振态的对称性和互易性约束。结果表明，最近观察到的准平面等离子体激元粒子阵列中的电介质基板上的旋光性效应是由于在空气-电介质板界面处的场的反射，并且与该反射系数成比例。
2008-11-01 physics.optics
Far-Field Tunable Nano-focusing Based on Metallic Slits Surrounded with Nonlinear-Variant Widths and Linear-Variant Depths of Circular Dielectric Grating
在本论文中，我们利用圆光栅的线性变化深度和非线性变化宽度，设计了一种新的可调谐纳米聚焦透镜，以应用于远场的实际应用。亚波长金属结构发射的柱面等离子体激元的相长干涉可以形成亚衍射极限聚焦，通过对圆光栅的槽深和槽宽进行跟踪配置，可以调节该结构的焦距。数值计算结果表明，该透镜的聚焦点位移范围远大于其他等离子体透镜，并且表面等离子体耦合圆光栅的非线性变宽和线性变深可以调制出射光的相对相位。仿真结果表明，不同的发射光相对相位导致不同的焦距。首次发现了圆光栅深度线性变化和宽度非线性变化时的一个独特现象，即凹槽深度和宽度的正变化和负变化会导致相对相位和焦距的变化趋势不同。这些结果为等离子体透镜在高密度光存储、纳米光刻、超分辨率光学显微成像、光阱和传感中的应用铺平了道路。
2013-01-11 physics.optics
Low-dispersion low-loss dielectric gratings for efficient ultrafast laser pulse compression at high average powers
我们已经开发出低色散（1480 l/mm），无共振，衍射光栅的介电材料耐飞秒激光损伤$(SiO_{2}/HfO_{2})$。用能制作对角线达1 m的光栅的设备制作了直径为14 cm的样品，在λ = 810 nm处的平均衍射效率为99.1%，均匀性为0.4%。这些光栅在面外几何结构中压缩30 fs脉冲的实现可以导致压缩器效率为~ 95%。测得的激光吸收比目前的超快拍瓦级压缩器光栅低500倍，这将使这些激光系统的平均功率处理能力大幅增加。
2018-11-06 physics.ins-det physics.optics
Monolithic Polarizing Circular Dielectric Gratings on Bulk Substrates for Improved Photon Collection from InAs Quantum Dots
本研究在体衬底上开发出带两层DBR结构的单片式偏振圆形介质光栅，在不降低收集效率的前提下实现强偏振量子点发光，大幅提升InAs量子点光子收集效率，可用于量子点与需体衬底的量子系统的集成。
2023-10-06 physics.optics
Enhanced sensitivity of an all-dielectric refractive index sensor with optical bound state in the continuum
研究了基于光学束缚态的连续介质折射率传感器的灵敏度。应用Zel'dovich微扰理论，导出了介质光栅中- $Γ$光学束缚态对称性保护的全介质传感器体灵敏度的解析表达式。获得了灵敏度上限。提出了一种通过优化光栅设计获得灵敏度上限的方法。结果通过直接数值模拟得到证实。
2021-11-29 physics.optics
Active formation of Friedrich-Wintgen bound states in the continuum in dielectric dimerized grating borophene heterostructure
本文提出通过匹配耦合模式阻尼率与共振频率主动构建 FW BIC，并利用介质二聚光栅与可调硼烯等离激元异质结构在通信波段实现高群折射率类 EIT 慢光效应。
2024-01-19 physics.optics
Nonlinear optical heating of all-dielectric super-cavity: efficient light-to-heat conversion through giant thermorefractive bistability
共振纳米结构的光学加热是现代纳米光子学的关键问题之一，根据应用的不同，可能是有害的，也可能是期望的。尽管对于金属和半导体谐振系统，光-热转换的线性状态被很好地研究为临界耦合条件，但是仍然缺少在高强度光照射下优化光学加热的明确策略。在这项工作中，我们提出了一个简单的分析模型，这样的问题考虑到材料的性质变化所造成的加热。它使我们能够推导出一个新的一般临界耦合条件的非线性情况下，需要违反直觉的初始光谱之间的泵浦光频率和共振的不匹配。基于所提出的策略，我们开发了一种有效的非线性光学加热的优化设计，它采用了一个圆柱形的纳米粒子支持准束缚态的连续模式（准BIC或所谓的“超腔模式”）由入射方位角矢量光束激发。我们的方法为与光学加热和双稳态相关的各种非线性实验提供了背景，其中强激光束的自作用可以改变被照射纳米结构的共振特性。
2022-05-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Binary Dispersion Formulations of Mid-Infrared Lossless Dielectric Contrast Gratings
本文研究零对比光栅的最优设计，揭示第0级和第1级衍射共同决定其近完美透反射特性，并区别于高对比光栅，可应用于带通窗口、分束器、宽带反射器及窄带热发射器。
2023-12-04 physics.app-ph physics.optics
Effect of an Optical Negative Index Thin Film on Optical Bistability
本文研究了由具有克尔型非线性的正折射率材料（PIM）层和夹在半无限长线性介质之间的线性负折射率材料（NIM）亚波长层组成的层状结构中的非线性传输。我们发现，一个薄层的NIM导致显着的变化时，非线性板的滞后宽度被照射在一个角度附近的全内反射。单向二极管传输与增强的操作范围被证明。这些结果可能是有用的NIMs表征和设计新的NIMs为基础的设备。
2006-07-20 physics.optics
Light storage in wavy dielectric grating with Kerr nonlinearity
本研究提出一种具有克尔非线性的波纹介质光栅结构，利用光学双稳态间接激发对称保护BIC实现无损耗光存储，可通过特定光场擦除存储信息，适用于光存储与开关器件。
2024-06-25 physics.optics
High power GaSb-based distributed feedback laser with laterally coupled dielectric gratings at 1.95μm
针对传统GaSb基DFB/DBR激光器掩埋光栅需再生长、金属光栅损耗高的问题，提出新型横向耦合介质布拉格光栅结构，实现室温47.02 mW连续波输出、宽电流范围稳定单模及46.7 dB边模抑制比，为多材料多波段激光器制备提供更优方案。
2024-07-10 physics.app-ph physics.optics
Dielectric-laser electron acceleration in a dual pillar grating with a distributed Bragg reflector
报道了一种新型介质激光加速器的设计，即在双柱光栅加速结构中加入分布式布拉格反射器（DBR）。这模仿了双侧激光照射，当与单侧照射相比时，导致增强的纵向电场，同时减少偏转横向效应。我们将入射电场到加速模式的耦合效率提高了57%。12 $μ$ m长的结构加速亚相对论性28 keV电子，理论上梯度高达200 MeV/m，实际上为133 MeV/m。我们的工作展示了光刻产生的纳米结构如何有助于使新型激光加速器更有效。
2019-05-14 physics.acc-ph physics.optics
Holograms for power-efficient excitation of optical surface waves
提出了一种基于全息原理的有效激发光学表面波的方法。对于金属上的介电层中的等离子体波的激发的特定示例，与介电层中的优化的周期性光栅相比，已经分析了介电层中的所提出的体全息图的效率。全息图比光栅效率高得多的条件已经找到。此外，全息图记录在两个迭代已被提出和研究。对于激发高斯光束的所有入射角，这种全息图比优化的周期性光栅有效得多。所提出的方法是通用的：它可以被扩展为有效地激发不同类型的光学表面波和光波导模式。
2017-09-30 physics.optics
Vector magneto-optical magnetometer based on the resonant all-dielectric gratings with highly anisotropic iron-garnet films
高灵敏度、高空间分辨率的矢量磁测量在心磁图、脑磁图、爆炸物探测等领域有着重要的应用。我们提出了一种磁力计的基础上具有非常高的磁各向异性的磁性铁石榴石薄膜，放置在旋转的外部磁场。每个测量的磁场空间分量在面外磁化依赖性中产生不同的时间谐波。放置在薄膜顶部的介电共振光栅将磁光响应增强了10倍，这使得在垂直于薄膜方向上实现10倍的空间分辨率成为可能。磁光磁强计允许一个同时测量所有三个空间分量的磁场与高空间分辨率和灵敏度高达100 pT/Hz $^{1/2}$。
2020-09-05 physics.app-ph physics.optics
Design Study of a Dielectric Laser Undulator
介质激光加速（DLA）从光栅结构的光学近场获得显著的梯度。相对于电子束倾斜介电光栅导致偏转力，并且DLA结构可以用作微芯片波荡器。我们研究了这种结构中的光束动力学分析和数值模拟。关键的挑战是保持光束聚焦，特别是在狭窄通道的方向上。交替相位聚焦方案进行了优化，并获得匹配的晶格函数。我们区分同步操作与相位跳在光栅和异步操作与严格的周期性光栅和精心设计的同步失配。特别是异步DLA波荡器是一种很有前途的方法，因为一个简单的，商业上可用的光栅足够的聚焦晶格设计。我们为这些结构中的辐射产生实验铺平了道路，并提供了发射辐射波长和功率的估计。分析模型通过专用DLA仿真工具DLAtrack6D和Astra中的数值仿真进行验证，其中底层激光场由CST Studio计算。
2022-06-01 physics.acc-ph physics.optics
Near-unity collection efficiency from quantum emitters in bulk diamond using chirped circular dielectric gratings
从金刚石中的氮空位（NV）中心有效收集荧光是量子信息处理和增强传感应用所必需的自旋相关光学读出的基础。由于金刚石的高折射率和非定向偶极发射，金刚石衬底内的纳米粒子的光收集效率受到限制。在这里，我们介绍了一种光收集策略的基础上啁啾，圆形介电光栅，可以在散装金刚石基板上制作重定向发射器的远场辐射图案。使用遗传优化算法，这些光栅设计实现了98.9%的收集效率的NV零声子发射线，收集从金刚石的背面与孔径0.9的目标。在NV的宽带发射光谱（600-800 nm）上，啁啾光栅在1.42的数值孔径中实现了82.2%的收集效率，再次对应于金刚石背面上的油浸物镜。我们提出的体介电光栅结构适用于高折射率基质材料中的其他光学活性固态量子发射器。
2017-06-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Casimir-Lifshitz force out of thermal equilibrium between dielectric gratings
我们计算的Casimir-Lifshitz压力在一个系统中，由两个不同的一维介电层光栅具有两个不同的温度和沉浸在一个环境中具有第三个温度。压力的计算是基于使用傅立叶模态方法推导出的散射算子的知识。压力的行为的特点是详细的三个温度的系统，以及两个光栅的几何参数的函数。我们发现，非平衡效应和几何周期性之间的相互作用提供了一个丰富的场景操纵的力量。特别是，我们发现政权的力量可以大大减少大范围的温度。此外，可以获得排斥压力，其特征可以通过控制系统的自由度来调节。值得注意的是，吸引力和排斥力之间的过渡距离可以减少相对于两个平板的情况下，这意味着实验的兴趣，观察排斥。
2014-08-19 physics.optics quant-ph
High performance distributed feedback quantum dot lasers with laterally coupled dielectric grating
基于光栅的频率选择性光学反馈机制（例如分布反馈（DFB）或分布布拉格反射器（DBR）结构）与量子点（QD）增益材料的组合是实现用于许多关键新颖应用的超高性能半导体激光器的主要途径，所述超高性能半导体激光器可以作为独立源或作为光子集成电路中的片上源。然而，在GaAs、GaAs/Si、GaSb和其他材料平台上制作传统的掩埋布拉格光栅结构遇到了主要的材料再生长困难。我们报道了一种新颖的和通用的方法，引入横向耦合介质布拉格光栅的半导体激光器，允许高度可控，可靠和强耦合之间的光栅和光学模式。我们实现这样的光栅结构在低损耗非晶硅材料旁边的GaAs激光器与InAs/GaAs量子点增益层。在1300 nm波段，以预先设计的0.8 THz LWDM频率间隔发射的DFB激光器阵列的边模抑制比高达52.7 dB，连续波输出功率为27.7 mW（室温）和10 mW（70°C），以及< -165 dB/Hz（2.5-25 GHz）的超低相对强度噪声（RIN）。这些器件还能够在高达-12.3 dB的极高外部反射水平下无隔离器工作，同时保持高频谱和超低RIN质量。这些结果验证了新颖的横向耦合介质光栅作为用于制造DFB和DBR激光器而不受其半导体材料限制的技术优越且潜在成本有效的方法，因此普遍适用于不同的材料平台和波长带。
2021-10-27 physics.app-ph physics.optics
A rigorous coupled-wave analysis of birefringent holographic gratings with periodically-modulated dielectric tensor along an in-plane direction and tensor variations in the thickness direction
本研究将严格耦合波分析（RCWA）方法扩展，无需切片即可处理介电张量沿面内周期调制且厚度方向变化的双折射全息光栅，数值结果验证了算法处理高简并平面波的有效性与准确性。
2025-09-19 physics.optics
Enhanced absorption per unit mass for infrared arrays using subwavelength metal-dielectric structures
红外阵列的吸收质量比增强到约1.33至7.33倍，大于先前报道的结构，通过合并两个设计特征：第一，在像素周围的空气间隙中的倏逝场的耦合，以有效地创建更大的像素尺寸，以及，第二，使用导模共振（GMR）内的亚波长金属-介电光栅。Ti-Si_3 N_4双层光栅通过薄Ti膜对自由载流子的吸收和厚Si_3 N_4膜对振动声子的吸收的综合作用实现了宽带长波红外（LWIR，8 ~ 12 μ m）吸收。在存在GMR的情况下，即使使用低填充因子的亚波长光栅单元，这种宽带吸收也可以极大地增强。此外，可以修改单元的间隔和设计以形成像素阵列结构，该像素阵列结构经由倏逝场耦合来耦合落入气隙中的光。使用时域有限差分（FDTD）技术进行计算。观察到优化阵列的优异宽带吸收，在整个长波红外线上产生90%的最大吸收，并且每像素的每单位质量平均吸收（吸收/质量）为3.45 $\times$ 10^{13} kg^{-1}。
2020-09-14 physics.optics
Acceleration gradients in dielectric laser accelerators with triangular-shaped gratings
本研究针对不同轮廓（矩形、不同底角三角形）及取向的透明片上介质激光加速器结构，结合带金涂层的反射型变体，测定并量化了各类结构的最大能量增益与加速梯度。
2025-10-22 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.optics
A circular dielectric grating for vertical extraction of single quantum dot emission
我们展示了一个纳米结构组成的部分蚀刻环形沟槽在悬浮的GaAs膜，设计用于有效和适度的宽带（约1000毫米）。5nm）的发射提取。模拟表明，嵌入纳米结构中心的偶极子以接近高斯的远场向上辐射到自由空间中，允许收集效率> 80%，具有高数值孔径（NA=0.7）光学器件，并且具有12 X Purcell辐射率增强。制造的器械显示出约10%的光子收集效率，NA=0.42物镜，比未图案化GaAs中的量子点提高20倍。四倍激子寿命减少表明适度的Purcell增强。
2011-09-27 physics.optics quant-ph
Precise and diffraction-limited waveguide-to-free-space focusing gratings
我们提出了波导光栅器件的设计和表征，该器件将来自单模、高折射率对比度介质波导的$λ=674$ nm处的可见波长光耦合到自由空间光束，从而在距光栅设计的距离和角度处形成微米级衍射极限光斑。鉴于在空间选择性光学寻址的应用，并在以前的工作中类似的设备，从主高斯瓣$25$微米的焦点和下降到$5\times10^{-6}$水平的相对强度的偏差的特点，以及，我们表明，沿一维这些弱旁瓣的强度接近所施加的限制衍射从有限的领域范围内的光栅区域。此外，我们的特点在焦点区域的偏振纯度，观察在焦点的中心低杂质$< 3 \times 10^{-4}$的相对强度。我们的方法允许快速、直观地设计具有这种性能的器件，其可以应用于捕获离子量子信息处理中，并且通常应用于需要从芯片表面到10 s-100 s微米的对象的光学路由的任何系统中，但是受益于平面制造的电介质集成光学器件的平行度和密度。
2017-05-09 physics.optics
Distributed delay-line interferometer based on a Bragg grating in transmission mode
提出了一种基于前向布拉格散射的延迟线干涉仪（DLI）的新方法。我们已经通过数值和实验证明，布拉格光栅可以沿着单个公共干涉光路在其传输模式中传递DLI的功能，而不是具有两个干涉光路的传统DLI实现。作为概念的证明，已经设计和制造了光纤布拉格光栅，示出了布拉格光栅的传输模式中的期望功能。所提出的“布拉格-DLI”方法适用于任何种类的布拉格光栅技术，例如体布拉格光栅、介质镜、硅光子学和其他基于布拉格结构的光波导。
2016-11-21 physics.optics
Low threshold optical bistability based on MoS2 in asymmetric Fabry-Perot cavity structure in visible light band
本文提出一种基于非线性双层MoS2和非对称光子晶体Fabry-Perot腔的多层结构，在可见光波段实现了a量级的低阈值光学双稳态，为全光开关和逻辑器件提供了新途径。
2024-06-02 physics.optics
Ultra-narrow spectral response of a hybrid plasmonic-grating sensor
我们配置和分析的纳米结构的设备，杂交光栅模式和表面等离子体共振。该模型使用了一个有效的折射率，考虑所涉及的材料的体积分数，和通过结构的等离子体激元的传播深度。我们的几何结构是由电介质纳米三角形制成的挤压低阶衍射光栅。表面等离子体共振在金属/电介质界面处激发，该界面通过高折射率电介质层与分析物分离。折射传感器的光学性能在灵敏度和品质因数（FOM）方面具有很强的竞争力，因为它具有超窄的光谱响应（低于0.1 nm）。此外，它在很宽的折射率范围内（从1.3到1.56）工作，并且也在垂直入射条件下工作。
2020-01-03 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic grating for circularly-polarized out-coupling of waveguide-enhanced spontaneous emission
本研究针对金属等离子体结构的焦耳损耗问题，实验验证了介质波导上的等离子体纳米颗粒阵列可实现圆偏振光的定向耦合，GaAs波导嵌入量子点的出耦合辐射圆偏振度达80%，为集成器件提供了高效耦合方案。
2022-02-28 physics.optics
Calculation of optical-waveguide grating characteristics using Green's functions and the Dyson's equation
提出了一种基于格林函数和Dyson方程计算光波导光栅的透射谱、色散和时延特性的方法。从横电模的波动方程出发，我们证明了该方法可以精确地解决反向传播波（布拉格光栅）和同向传播波（长周期光栅）的耦合问题。在这两种情况下，该方法适用于具有任意介电调制的光栅，包括所有种类的啁啾和切趾，并且还可能是光栅的介电调制轮廓中的缺陷。在数值上，该方法按O（N）缩放，其中N是用于沿传播轴离散光栅的点数。我们考虑光纤光栅，虽然该方法适用于所有的一维光波导光栅，包括高折射率对比度光栅和一维光子晶体。
2006-07-24 cond-mat.other physics.optics
Controlling the sign of chromatic dispersion in diffractive optics with dielectric metasurfaces
衍射光栅将光分散成彩虹色，其顺序与折射棱镜相反，这种现象称为负色散。虽然折射色散可以通过材料折射率来控制，但衍射色散基本上是由几何形状决定的干涉效应。在这里，我们表明，这一基本属性可以改变使用介电超颖表面，我们实验证明衍射光栅和聚焦镜与积极的，零，和超负色散。这些光学元件使用由介电纳米柱组成的反射超颖表面来实现，所述介电纳米柱提供对相位及其波长导数的同时控制。此外，作为第一个实际应用，我们展示了一个聚焦镜，表现出五倍减少色散，从而增加了几乎三倍的工作带宽相比，一个规则的衍射元件。这一概念挑战了衍射光学器件的普遍接受的色散特性，并扩展了它们的应用和功能。
2017-06-19 physics.optics
Strong Optical Confinement between Non-periodic Flat Dielectric Gratings
我们提出了一种新的光学微腔的设计，其中的光能主要驻留在自由空间，因此很容易访问的异物，如原子，分子，机械谐振器等，我们描述了这些谐振器的物理，并提出了一种基于随机优化的设计方法。给出了衍射极限模体积和品质因数在$10^4$ - $10^6$范围内的腔设计。在纯平面几何形状的情况下，可以使用常规的微米和纳米制造工艺将腔体容易地集成在芯片上。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Infrared carpet cloak designed with uniform silicon grating structure
通过一个特别选择的坐标变换，我们提出了一个光学地毯斗篷，只需要均匀的各向异性介质材料。所提出的隐身衣可以很容易地模仿和实现的各向同性的交替层。为了证明隐身性能，我们设计了一个二维版本，在绝缘体上硅晶片上制造的均匀硅光栅结构可以作为红外地毯斗篷。该隐身衣已通过全波电磁仿真验证，非共振特性也使波长范围从1372到2000 nm的宽带隐身成为可能。
2009-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
