В физике высококонтрастная решетка представляет собой однослойную физическую структуру ближневолновой решетки , в которой материал решетки имеет большой контраст по показателю преломления с окружающей средой. Термин «ближняя длина волны» относится к периоду решетки , который имеет значение между одной оптической длиной волны в материале решетки и в окружающих ее материалах.
Высококонтрастные решетки обладают множеством отличительных свойств, которых нет у обычных решеток. Эти особенности включают широкополосную сверхвысокую отражательную способность , широкополосную сверхвысокую передачу и очень высокий резонанс добротности для оптического луча, перпендикулярного поверхности или под углом к поверхности решетки. Решетка с высокой отражательной способностью может быть ультратонкой, всего <0,15 оптической длины волны. Фаза отражения и прохождения оптического луча через высококонтрастную решетку может быть спроектирована так, чтобы охватывать весь диапазон 2π, сохраняя при этом высокий коэффициент отражения или пропускания.
Концепция высококонтрастной решетки возникла в 2004 году, когда Констанция опубликовала отчет о широкополосном отражателе с высокой отражательной способностью для падающего света, падающего нормально к поверхности (соотношение между шириной полосы длины волны с коэффициентом отражения более 0,99 и центральной длиной волны более 30%) . J. Chang-Hasnain et al., [1] [2] , что было продемонстрировано экспериментально в том же году. [3] Основная идея состоит в том, чтобы материал с высоким показателем преломления был окружен материалом с низким показателем преломления. Впоследствии они применяются в качестве зеркала с высокой отражающей способностью в лазерах поверхностного излучения с вертикальным резонатором [4], а также в монолитных лазерах поверхностного излучения с вертикальным резонатором с плавной перестройкой длины волны. [5] С тех пор свойства высококонтрастных решеток быстро исследуются. Ниже перечислены некоторые соответствующие примеры:
В 2008 году однослойная высококонтрастная решетка была продемонстрирована как резонатор с высокой добротностью. [6] В 2009 году были предложены волноводыс полым сердечником, использующие высококонтрастную решетку, [7] с последующей экспериментальной демонстрацией в 2012 году. [8] Этот эксперимент является первой демонстрацией высококонтрастной решетки, отражающей оптический луч, распространяющийся в параллельном направлении. к решеткам, что является основным отличием от фотонного кристалла или распределенного брэгговского отражателя .
В 2010 году были предложены и продемонстрированы плоские однослойные линзы и фокусирующие рефлекторы с высокой фокусирующей способностью с использованием высококонтрастной решетки с пространственно изменяющимися размерами решетки. [9] [10]В некоторых источниках высококонтрастные решетки называются фотонно-кристаллическими пластинами или фотонно-кристаллическими мембранами. [11] [12]
Для решеток существуют полностью строгие электромагнитные решения, которые, как правило, связаны с тяжелыми математическими формулами. Разработана простая аналитическая формула, объясняющая различные свойства высококонтрастных решеток. [13] [14] [15] На основе этого аналитического решения также была разработана вычислительная программа для определения электромагнитных свойств высококонтрастной решетки, получившая название High Contrast Grating Solver. [16] Ниже представлен краткий обзор принципа работы высококонтрастной решетки.