平场输入/输出蚀刻衍射光栅的设计

光通信中波分复用技术是解决通信网络瓶颈的有效手段，近年来得到很大发展。以平面波导波分复用器件为核心的密集波分复用技术已经得到成功商用。蚀刻衍射光栅是平面波导密集波分复用器件中很有发展潜力的一种。原有蚀刻衍射光栅采用罗兰圆设计，输入输出在圆弧曲线上由条形波导引出；而平场输入／输出的蚀刻衍射光栅在很多应用中可以省去制作输入输出波导，大大简化制作工艺，同时能够保持良好的线性色散和聚集效果。给出了平场输入和输出蚀刻衍射光栅的设计方法，并利用标量衍射理论对设计的结果进行模拟，验证了平场输出蚀刻衍射光栅具有很好的分波效果。     

阵列波导光栅解复用器的标量传输理论及其简化模型

以波导本征模式场作输入光场,阐述了AWG中实际光场的传输数学模型,对输入场作高斯近似,阐述了光场传输的简化模型.通过简化模型与实际情况的比较,肯定了高斯近似简化模型在一定情况下的合理性.对于给定串扰要求,利用高斯近似模型可以决定最外层阵列波导坐标与衍射场光束束腰的比值,对实际器件设计来说有一定意义,但高斯简化模型在一定情况会引入较大误差,精确定量模拟AWG应采用实际光场标量传输模型.     

用三光束干涉模型解释锥镜产生类贝塞尔光束

对高斯光束通过锥镜产生类似贝塞尔光束的环形光束进行了理论分析及实验研究.数值模拟过程中，基于相干光干涉理论，考虑到实际情况中锥尖不尖带来的影响，建立了三光束干涉的数学模型.模拟得到的光场分布与实验结果及基于菲涅尔衍射积分理论或空间光谱理论得到的零阶贝塞尔光束很接近.这种光场具有非衍射特性，可应用于新型光镊研究.     

宽角束传播法用于计算透射光栅特性

基于Pade近拟，并在透明边界条件下利用宽角束传授法对透射光栅的性质进行了详细的分析。介绍了所使用的数值模拟方法的理论模型，并对高斯光束通过光栅后的光场分布和光栅的衍射效率进行了数值求解。     

厄米-高斯光束的M2因子矩阵

提出了厄米-高斯光场的M2因子矩阵.引入束半宽平方的交叉项、M2因子的交叉项,理论推导出了在同一坐标系下光场旋转一定角度后的M2因子矩阵,数值模拟了与M2因子矩阵有关的各参数随光场旋转角度变化的规律,给出了光场的M2因子矢量点随光场旋转角度变化的轨迹曲线.计算结果与理论推导结果相符,证实了利用M2因子矩阵可以将旋转前后的二维厄米-高斯光场用旋转矩阵统一起来.该方法可推广到对一般的二维高阶高斯光束的光束质量的理论分析上,具有普适性,对光束质量的实际测量有重要的理论指导意义.     

高斯光束计算平板波导自由传输区远场分布及其修正

对近轴近似条件下求解亥姆霍兹方程得到的高斯光束显式传播公式做了分析，同时，基于基尔霍夫衍射理论，在菲涅耳近似的条件下给出了相应的高斯光束在远场的传播公式，在此基础上，对近轴近似条件做出了定量分析，给出了这个近似条件引入的误差，提出了一种计算高斯光束远场分布的修正方法，并采用有限差分-光束传播方法(FD-BPM)来检验各种方法的准确性。把这种修正方法应用到平面光集成波导器件，如阵列波导光栅(AWG)、蚀刻衍射光栅(EDG)等器件的设计和模拟中，可以大大降低工作的复杂性，同时可以得到精确的结果。     

拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响

用拼接小尺寸多层介质膜衍射介质膜衍射光栅的办法制作大口径的高破坏阈值光栅成为解决拍瓦激光系统输出能量的关键技术———光栅拼接技术。拼接的每个光栅都存在五维自由度的偏差,对激光脉冲的空间特性和时间特性产生影响。用夫琅禾费衍射的方法分析了拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响,建立了偏差和远场强度分布之间的函数关系并用数值方法进行模拟,得出角度偏差对光束远场分布的影响可以忽略,而位移偏差:光栅间拼缝和前后位移偏差是影响光束远场分布的关键因素。     

弱谐波情况下透射光栅衍射效率标定方法

同步辐射光源中的高次谐波会使透射光栅衍射效率标定精度变差。为了校正光源中的高次谐波对透射光栅衍射效率标定的影响,提出了一种光源存在弱谐波情况下的透射光栅衍射效率标定方法,通过使用谐波X射线的衍射效率修正基波衍射效率标定中谐波的影响,从而得到更为准确的透射光栅衍射效率。使用该标定方法在北京同步辐射光源上开展了透射光栅相对衍射效率标定工作。实验结果表明:在100~800eV存在高次谐波能段,修正后透射光栅一级与零级的相对衍射效率与理论模拟结果吻合较好,修正后光栅二级与一级的相对衍射效率更接近理论模拟结果,但与理论模拟结果仍有较大偏差,该偏差主要来源光栅较弱的二级衍射。     

超构光栅调控衍射光场的物理及应用

基于局域表面等离激元或电介质微纳结构米氏散射的超构光栅对衍射通道的直接调制为高效率、大角度光场调控提供了优良平台。对超构光栅调控衍射光场的物理机理及应用开发进行了概述。首先,从高衍射效率超构光栅的构建机理出发,分别介绍了反射式、透射式、对称型、非对称型及可重构超构光栅的典型实现方式;其次,介绍了通过结合高衍射效率超构光栅与位移编码型相位调制机制,实现任意大角度光波前高效调控的典型方法,概述了高数值孔径透镜、角度可调型多功能光器件、大角度全息超构光栅等方面的研究进展;然后,介绍了以超构光栅作为连接自由空间光与表面波的桥梁,自由空间光波前与表面光波前相互转化方面的集成光调控平台;最后给出了简要小结,并对超构光栅未来的发展趋势与应用前景进行了展望。     

大面积拼接光栅的远场衍射分析

针对大面积光栅制作过程易出现的拼接偏差问题,基于标量衍射理论推导拼接光栅远场衍射的光强分布,计算分析几种常见拼接误差对拼接光栅性能的影响,以确定光栅拼接过程的误差容限.研究表明:拼接光栅的远场衍射光场随纵向和横向平移误差的变化呈周期性,且这两种平移误差带来的影响可相互补偿;而拼接光栅的旋转误差对远场衍射光场分布的影响较严重,当旋转误差增大到9.5875×10－5度时,衍射光场的峰值光强降为0.9,且两光栅各自峰值出现的方向成9.5875×10－5度.     

相位光栅分离双波长宽角度光线的理论分析

使用衍射光栅的分色分光方式一般以平行光入射情况为讨论基础,对于非平行光入射的情况讨论较少.本文基于菲涅尔衍射理论和角谱理论,将球面波与平面波的衍射波场联系起来,从而在传播函数中引入角度参量,结合分数泰伯效应的理论基础,推导出双波长宽角度入射光线经相位光栅衍射后的波场分布函数,并对推导出的函数进行数值模拟,得到像面不同位置衍射波场分布.与平行光入射时的标准波场分布相比较,得到宽角度入射时的衍射波场的横向展宽量和偏移量.通过调节光栅台阶的宽度,改变衍射场的展宽和偏移,使各个单一波长的衍射波场宽度小于光栅周期的一半,从而减少双波长光衍射波场的混叠.同时本文给出波场宽度与光栅台阶宽度的变化关系,选取光栅面上多个位置作为台阶宽度的计算点,并对整个光栅的台阶宽度进行曲线拟合,得到可以使双波长宽角度入射光实现良好空间分离的光栅参量.该结果可用于各类宽角度入射光线的光谱分离场合,如双波长成像、液晶显示和液晶投影等.     

A flat-topped etched diffraction grating demultiplexer with low polarization-dependent loss using a tapered MMI structure

A flat-topped etched diffraction grating(EDG)demultiplexer with a low polarization-dependent loss(PDL)is designed.A design and simulation method based on the method of moment(MoM)is proposed.A 65-channel EDG demultiplexer with channel spacing of 100 GHz is considered as a design example.A tapered multi-mode interferometer(MMI)is used to flatten the passband of the EDG demultiplexer.The numerical results show that the exit width of the tapered waveguide impacts the loss of the TE case more than that of the TM case.Based on this fact,the exit width of the taper is optimized to obtain the lowest PDL.The tapering angle is also optimized where the minimal ripple is obtained.The designed EDG demultiplexer has an excellent flat-topped spectral response and a very low PDL.     

Bragg反射齿型平面凹面衍射光栅性能研究

本文基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构, 提出利用一维光子晶体理论进行Bragg衍射光栅的设计并对其性能进行研究分析. 根据一维光子晶体理论, 建立了罗兰圆结构的凹面椭圆Bragg蚀刻衍射光栅, 研究了TE/TM模式下器件的分光特性以及入射角度改变对器件角色散造成的影响; 同时, 文中对比了空气介质型和金属铝线型椭圆Bragg蚀刻衍射光栅的光学性能. 研究结果表明: 选择合适的器件参数, 可以实现TE/TM模式下1.465-1.615 μm范围内波长衍射效率在95% 以上, 且空气介质型结构光栅的通道均匀性要优于金属铝线型结构光栅; 入射角在30°-60°范围内变化时, 相同入射角度下, TM模式下器件角色散大于TE模式. 基于Bragg衍射光栅设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG 波分复用器, 为未来密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

一种性能稳定的新Y形单元厚屏频率选择表面

厚屏频率选择表面(FSS) 能克服双层或多层薄屏FSS级联引起的结构复杂和中心频率透过率容易降低的不利影响, 并且在拓展FSS带宽方面具有优势, 这使其在曲面隐身雷达天线罩应用方面有潜在的价值. 但是, 当电磁波以大范围角度入射时, 中心频率可能会随入射角度的变化而漂移, 而且在大角度入射时不易实现极化稳定性. 本文针对此问题, 设计了一种新Y形单元厚屏FSS, 利用模式匹配法对此结构进行分析计算, 并研究TE, TM波入射时角度变化及大角度入射时极化变化对通带带宽、 中心频率及其透过率的影响. 仿真实验结果表明: 新Y形单元厚屏FSS的中心频率在TE, TM波入射时均能实现角度稳定性和大角度入射时的极化稳定性. 这为FSS在曲面隐身雷达天线罩上的应用提供了一种借鉴.     

电磁辐射作用于计算机主板的模拟及效应评估

 提出了一种电磁辐射（EMR）效应评估的方法：通过区域分解并且引入子域敏感因子，采用电场强度的加权平均作为EMR效应评估的参考指标。以一款普通计算机主板作为研究对象，使用时域有限差分法（FDTD）进行模拟计算，得到了EMR作用下计算机主板耦合的电磁场分布。基于该效应评估方法，比较了3~12 GHz 的平面电磁波在0°~90°入射时对计算机主板的效应。数值模拟结果表明：随着平面电磁波入射角度的增加，EMR对计算机主板的影响趋于减弱；EMR频率的变化对效应没有显著影响。当EMR入射角度为40°时，最高主板表面耦合的电场强度达到最大值；0°入射时，主板上平均电场强度达到最大值；随着入射EMR频率的升高，主板表面的最大电场强度趋于减弱。     

波前编码系统相位板视场效应的消除

通过在光学系统的光阑面上加入一个非球面相位板,使得光学系统的成像对离焦不敏感.但当入射视场角较大时,图像的边缘发生变形且难以恢复.针对此问题,提出了两种解决方案,方案一是把相位板移至光路中光线较为平缓的区域,但不是系统的光阑位置;方案二是保持相位板位置不变,优化整个光学系统,使相位板前的光线能够平缓地入射到相位板.实验中对一个EFL=12.5 mm,F/#=1.3,半视场角为13.5°的波前编码实际系统进行仿真比较,得出方案二可以有效地消除波前编码相位板引入的视场效应.     

A novel four-legged loaded element thick-screen frequency selective surface with a stable performance

<正>A thick-screen frequency selective surface(FSS) has not only a broad bandwidth but also the advantages of overcoming the multilayer FSS shortcoming of complex structure and low transmittance of centre frequency due to the cascade of FSSs,and this means it could potentially be applied in a stealth curved streamlined radome.However,there is an unsteadiness of centre frequency in a wide range of incident angles and another unsteadiness of polarization in a big incident angle.In order to solve these problems,in this paper we provide a novel four-legged loaded element thick-screen FSS.The structure is analysed and simulated using the mode matching method and moment method.The centre frequency,the transmittance of centre frequency,and bandwidth of the structure are investigated when some parameters including the polarization at a big incident angle and the incident angles of TE & TM waves are changed. The novel four-legged loaded element thick-screen FSS has better transmission properties with a better steadiness of polarization and incident angle independence.The novel structure of the four-legged loaded element thick-screen FSS provides a valuable reference for their application in a stealth curved streamlined radome.     

基于CP-FDTD的复杂细缝屏蔽效能分析方法

围绕强电磁脉冲的细缝“后门”耦合问题，介绍了基于CP-FDTD的细缝屏蔽效能分析高效数值模拟方法。在证明CP-FDTD准确性的基础上，从入射电磁场极化方向、入射角度和计算效率三个方面进行了详细分析，验证了CP-FDTD在处理工程复杂细缝电磁脉冲耦合时的适用性。通过将CP-FDTD算法集成于自主研发软件JEMS-FDTD，形成可以高效分析工程复杂细缝屏蔽效能的数值模拟方法，并应用于工程部件细缝结构的屏蔽效能分析。     

均匀等离子体光栅的色散特性研究

最近研究表明，两束交叉激光脉冲在等离子体中传播时，可以诱导生成周期等离子体密度调制(或称等离子体布拉格光栅). 分别利用传输矩阵法和耦合模理论，推导了激光斜入射时等离子体光栅的色散关系. 两种方法均表明，均匀等离子体光栅存在着光子带隙结构，并且在带隙附近有强烈的色散. 当激光斜入射时，带隙结构会呈现不同的偏振特性：S偏振光的带隙宽度随着入射角的增大而逐渐变宽，而P偏振光的带隙宽度随着入射角的增大先迅速变窄，在布儒斯特角入射时带隙消失，然后又随着入射角的增大而迅速变宽. 超宽的光子带隙和超高的激光损伤阈值，使得等离子体光栅有望成为一种新型的操纵强激光脉冲的光子器件. 关键词： 等离子体光栅 传输矩阵法 耦合模理论 光子带隙