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随着通信容量的快速增长,光通信系统对器件的要求越来越高。一方面,传统的光探测器作为光通信系统中的关键器件之一,材料、结构和工艺的限制使其已无法完全满足新一代信息技术发展的需要。另一方面,基于新型微纳结构的光电子集成器件已经成为新一代信息技术发展的趋势之一,亚波长光栅作为一种新型微纳结构,应用于高性能光电子器件的研究开始得到人们极大的关注。因此,我们尝试在光探测器中也引入亚波长光栅结构来获得更优的器件性能。为了合理的将亚波长光栅与光探测器两者结合起来,有必要对亚波长光栅结构进行进一步深入研究。本论文主要研究可以应用于光探测器的高折射率差亚波长光栅(High Contrast Gratings,HCG)。这种亚波长光栅的光栅层与周围介质有较大的折射率差,具有高反射率和相位调制的新特性。这些新特性正是我们设计的新型光探测器所需要的。本论文将围绕高折射率差亚波长光栅的高反特性和相位调制特性进行展开,研究如何设计出符合要求的光栅结构,主要的研究成果和创新点如下:1、掌握了分析高折射率差亚波长光栅的方法,包括严格耦合波分析方法(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)和模态分析法,结合基于有限元法(Finite Element Method,FEM)的商业软件COMSOL对非周期的亚波长结构进行分析。2、利用高折射率差亚波长光栅的高反特性,设计高折射率差亚波长光栅宽光谱高反镜。提出了一种迭代优化算法,快速求解最佳的二维块状亚波长光栅结构参数。设计的光栅对1439nm到1621nm光谱范围内的垂直入射光实现了超过99%的反射效率,并且偏振不敏感。值得注意的是,这种求解块状光栅最佳结构参数的算法也可以广泛应用于求解圆柱形、十字形等任意对称形状的二维光栅表面结构参数。3、利用高折射率差亚波长光栅的相位调制特性,设计两种具有汇聚功能的亚波长光栅反射镜:第一,设计了一种非周期的环形亚波长光栅结构,对于垂直入射的1550nm波长的径向偏振光,光栅反射镜的焦距是6微米,焦距处光场的半高全宽为0.89微米,在数值孔径0.93的范围内达到了 92%的反射率;第二,设计了一种非周期的块状二维亚波长光栅结构,面积为10.5j* 10.5微米,对于波长为1550nm垂直入射光,光栅反射镜的焦距是6微米,焦距处光场的半高全宽为1.338微米,数值孔径为0.66,且偏振不敏感。4、制备了基于SOI晶片的高折射率差亚波长光栅反射镜,搭建了测试宽光谱高反镜的实验测试系统,通过实验验证了高折射率差亚波长光栅的宽光谱高反特性。