含负折射率材料的一维光子晶体缺陷模式的研究

采用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

聚硅氧烷微球/PMMA光散射材料的 制备与光学性能

采用共混法以聚硅氧烷微球作为光散射剂,聚甲基丙烯酸甲酯为基材制备光散射材料.研究了聚硅氧烷微球的粒径与浓度对光散射材料总光透过率与扩散率的影响并与理论模拟值进行了对比分析.研究结果表明,聚硅氧烷微球与聚甲基丙烯酸甲酯折射率匹配良好,较好地解决了光散射材料透光率与扩散率之间的矛盾,实现了高透射与高雾度的双重要求.当微球粒径为5 μm,填充浓度为0.6 wt%时,厚度为1 mm的光散射材料总光透过率为88.5%,扩散率为89.5%.可见光波段总光透过率基本不受光源波长变化影响.选取合适粒径,扩散率随光源波长变化也可降至最低,有效避免了波长色散现象.实验数据与理论模拟结果符合良好.     

聚硅氧烷微球/PMMA光散射材料的制备与光学性能

采用共混法以聚硅氧烷微球作为光散射剂,聚甲基丙烯酸甲酯为基材制备光散射材料.研究了聚硅氧烷微球的粒径与浓度对光散射材料总光透过率与扩散率的影响并与理论模拟值进行了对比分析.研究结果表明,聚硅氧烷微球与聚甲基丙烯酸甲酯折射率匹配良好,较好地解决了光散射材料透光率与扩散率之间的矛盾,实现了高透射与高雾度的双重要求.当微球粒径为5μm,填充浓度为0.6wt%时,厚度为1mm的光散射材料总光透过率为88.5%,扩散率为89.5%.可见光波段总光透过率基本不受光源波长变化影响.选取合适粒径,扩散率随光源波长变化也可降至最低,有效避免了波长色散现象.实验数据与理论模拟结果符合良好.     

细菌视紫红质的动态透射特性及其应用

细菌视紫红质 (Bacteriorhodopsin,简称 b R)是由嗜盐菌中提取出的一种光敏蛋白质 ,它是一种新型的生物光子学材料。我们测量的 b R膜在黄光和蓝光束分别照射下的非线性透射特性表明 ,在光照开始阶段 ,光的透过率随时间延长而增加 ,然后逐渐达到一个稳定值。黄光和蓝光的透过特性的不同是蓝光达到最大透过率的时间比黄光短。 b R膜在黄光和蓝光双光束同时照射下的非线性透射特性的计算结果表明 ,在某一固定蓝光光强 ,蓝光的透过光强随黄光强度的增加而减小 ,甚至变为零。这说明黄光对蓝光有抑制作用 ,即黄光可以调控蓝光的透过率。这一奇异的透射特性可以用做新出现事物滤波器     

1064nm激光与远红外共窗口成像系统波长分离膜的研制

根据激光与远红外共窗口成像系统的技术要求,研制了一种波长分离膜,实现通过共窗口的激光与远红外光分离成像,即1 064nm高反射、8~14μm高透射.分析薄膜的微观结构,研究了薄膜材料吸潮前后的折射率变化,结合光学薄膜理论,优化膜系结构.在薄膜应力的基础上,优化膜层厚度,提高薄膜牢固性.研制的分离膜,1064nm反射率为99.71%,8~12μm平均透过率为97.1%,12~14μm平均透过率为90.1%,满足户外环境中长期使用的要求.     

金孔阵列电介质与金电介质孔阵列的强透射特性

采用时域有限差分（FDTD）法研究了金膜厚度、电介质折射率及其厚度对金孔阵列电介质与金电介质孔阵列两种结构强透射特性的影响。研究发现这两种结构都具有较好的强透射特性,这表明光与金膜表面自由电子的电荷密度波耦合成表面等离子激元（SPP）,对增强透射起到了关键作用。金膜厚度是影响强透射特性的主要因素,其衰减长度为35 nm;而与金膜相邻的电介质膜厚度对强透射特性影响极小。电介质折射率大小对强透射特性影响明显,折射率为1.8时能够获得较好的强透射特性。     

近零折射率区超导材料的Goos-H?nchen位移

作为一种特殊的光学现象,对一定的光学结构,Goos-H?nchen(GH)位移与构造材料密切相关.对电介质/超导/电介质这一结构,本文给出了GH位移在超导材料为近零折射率材料时随入射角、光波长和超导层厚度等参数的变化曲线.结果表明,GH位移随上述参数的变化规律,与超导材料折射率为零时的波长(阈值波长)相关联,波长大于和小于阈值波长时的变化规律存在一定的差异.近零折射率材料在光子学领域具有广泛的应用.计算结果为新型光子学器件研究开发提供了参考.论文对大学生理解近零折射率概念,以及近零折射率区超导材料的Goos-H?nchen位移也有所帮助.     

红外光学薄膜材料光学常量计算和在宽带增透膜中的应用

使用经典洛伦兹谐振子模型对热蒸发制备的锗、硫化锌以及低吸收稀土氟化物薄膜的红外透射光谱进行拟合,得出这些材料在中长波红外区的光学常量.使用这三种材料设计并制备了锗窗口7.7~15μm宽带增透膜系,通过优化设计并且使用长波红外区吸收小的低折射率材料,在长波区(13~15μm)的透过率测量值有明显提高,15μm处的透过率为89.9％.     

非对称金属包覆左手介质平板波导的微扰分析

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性,给出了该波导的复有效折射率的一级近似解,并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明:非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式;TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小,损耗系数随波导厚度的增加快速增加,达到最大值后又迅速减小;非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变,TM1模,TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象;特别在二阶及高阶模式中,TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性,而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.     

厚度对未掺杂ZnO薄膜光谱性能的影响

X射线衍射光谱、拉曼光谱和紫外可见透射光谱技术是薄膜材料检测的重要技术手段。通过对薄膜材料光谱性能的分析,可以获得薄膜材料的物相、晶体结构和透光性能等信息。为了解厚度对未掺杂ZnO薄膜的X射线衍射光谱、拉曼光谱和紫外可见透射光谱性能的影响,利用溶胶-凝胶法在石英衬底上旋涂制备了不同厚度的未掺杂ZnO薄膜样品,并对薄膜样品进行了X射线衍射光谱、拉曼光谱和紫外可见透射光谱的检测。首先,通过X射线衍射光谱检测发现,薄膜样品呈现出（002）晶面的衍射峰,ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,均沿着C轴择优取向生长,且随着薄膜厚度的增加,衍射峰明显增强,ZnO薄膜的晶粒尺寸随着膜厚的增加而长大。利用扫描电子显微镜对薄膜样品的表面形貌分析显示,薄膜表面致密均匀,具有纳米晶体的结构,其晶粒具有明显的六角形状。通过拉曼光谱检测发现,薄膜样品均出现了437 cm-1的拉曼峰,这是ZnO纤锌矿结构的特征峰,且随着薄膜厚度的增加,其特征拉曼峰强度也增加,进一步说明了随着ZnO薄膜厚度的增加,ZnO薄膜晶化得到了加强。最后,通过紫外可见透射光谱测试发现,随着膜厚的增加,薄膜的吸收边发生一定红移,薄膜样品在可见光区域内的透过率随着膜厚度增加而略有降低,但平均透过率都超过90%。通过对薄膜样品的紫外-可见透射光谱进一步分析,估算了薄膜样品的折射率,定量计算了薄膜样品的光学禁带宽度,计算结果表明：厚度的改变对薄膜样品的折射率影响不大,但其禁带宽度随着薄膜厚度的增加而变窄,且均大于未掺杂ZnO禁带宽度的理论值3.37 eV。进一步分析表明,ZnO薄膜厚度的变化与ZnO晶粒尺寸的变化呈正相关,本质上,吸收边或光学禁带宽度的变化是由于ZnO晶粒尺寸变化引起的。     

引入零平均折射率材料掺杂的一维光子晶体缺陷模的特性研究

本文利用特征矩阵理论模拟了一维光子晶体引入零平均折射率材料的缺陷模特性,发现在基频带隙处出现了孪生缺陷模,并分析了组成零平均折射率材料的正负折射率材料的折射率的变化对孪生缺陷模的位置、透射率和半峰宽度的影响,为双通道窄带滤波器的设计提供了新的思路和理论依据.     

基于Fabry-Perot模型设计亚波长金属狭缝阵列光学异常透射折射率传感器

研究了在水溶液环境中亚波长金属狭缝阵列光学异常透射的折射率传感特性.采用严格的全矢量方法计算了狭缝阵列的透过率谱.建立了Fabry-Perot半解析模型,能够精确预言全矢量方法的计算结果.基于该模型给出的共振条件,提出并解释了当透射峰精确位于瑞利异常位置时,透射峰能达到最尖锐的状态,给出了设计狭缝阵列达到该状态的方法.设计得到的透过率谱峰值半高宽δλ可达0.01 nm,对应的溶液折射率测量不确定度δn_s达到2×10^-6RIU.系统地给出了阵列周期、狭缝宽度、入射角等参数对设计得到的传感灵敏度,δλ,δn_s,峰值透过率等的影响.     

几种塑料的太赫兹光谱检测

利用太赫兹时域光谱技术测量了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的太赫兹透射谱,研究其在0.2～2.6THz频段的光谱特性,得到了在室温氮气环境下这些材料的太赫兹吸收谱和折射率色散特性.发现这五种塑料在太赫兹波段的折射率和吸收系数差异显著,折射率分别在1.35～1.85之间,聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯吸收很小,相比之下聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯吸收很大,这为塑料种类的鉴别及高太赫兹透过率塑料衬底选择提供了依据.     

几种塑料的太赫兹光谱检测

利用太赫兹时域光谱技术测量了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的太赫兹透射谱,研究其在0.2~2.6 THz频段的光谱特性,得到了在室温氮气环境下这些材料的太赫兹吸收谱和折射率色散特性.发现这五种塑料在太赫兹波段的折射率和吸收系数差异显著,折射率分别在1.35~1.85之间,聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯吸收很小,相比之下聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯吸收很大,这为塑料种类的鉴别及高太赫兹透过率塑料衬底选择提供了依据.     

具有缺陷模的氧化铝光子晶体的光学传感性能

采用在周期性氧化电压信号中插入恒压波形的方法成功制备了具有缺陷模的一维氧化铝光子晶体. 这种晶体的透射光谱研究表明,缺陷的厚度对缺陷模的透过率具有显著影响,当缺陷厚度在180 nm时,光子禁带内部出现透过率为55%、半峰宽约为18 nm的缺陷模. 该缺陷模能够对进入到氧化铝孔道内部的液体物质做出响应,其位置与液体的折射率线性相关.     

单负材料光子晶体异质结构的频率响应

用传输矩阵方法研究了由两种单负材料构成的光子晶体异质结构的透射特性.结果表明，当异质结构具有零有效折射率时，由于迅衰场表面模共振耦合，在异质结构双周期光子晶体的每一个分界面上都会出现隧穿模.零有效折射率隧穿模不受入射角、电磁波偏振态、结构周期数和晶格常数标度等因素影响，并且具有零相位延迟，这一特性可用来设计零相位延迟全向多通道滤波器件.而位于中心两侧的隧穿模随入射角、结构周期数和晶格常数标度的减小都统一由中心向两侧移动. 关键词： 单负材料 异质结构 传输矩阵     

基于聚酰亚胺基底的太赫兹滤波器

超材料是通过人工方式做成的具有特殊电磁特性的亚波长周期性金属结构,通过合理的设计样品结构,可以实现自然界中传统材料无法实现的电磁现象。超材料可以广泛用于电磁隐身、完美吸收、负折射率等研究领域,近些年,随着太赫兹技术的发展,太赫兹超材料器件被广泛研究。由于硅（Si）对于太赫兹波的透过率较高,通常选取Si作为基底材料。但Si硬度较高、不易弯曲且易碎等缺点限制了THz超材料的应用。聚合物材料聚酰亚胺具有柔性,作为基底,克服了传统硅基底的缺点,透过率可以与Si匹敌,而且其表面光滑,适合传统光刻技术加工。对聚酰亚胺在太赫兹波段光学性质的测试结果表明,此种材料的折射率在1.9左右,透过率达到80%以上。设计了一种双开口谐振环结构,研究了其太赫兹波透射性质以及随太赫兹波的入射角度和样品曲率的变化规律,发现透射峰强度和峰位均不发生改变。此结果展示了将平面滤波延伸到曲面滤波领域的可能性,若将聚酰亚胺基底做薄,为今后太赫兹频段隐身衣的研究提供基础。将不同结构的两种样品叠加在一起制成宽谱滤波器, 50%的带宽达到181 GHz。此种宽带滤波器制作简单,滤波效果显著,为太赫兹波段宽带滤波器的制作提供一种新思路。     

不同厚度衬底上矩形孔金属结构的太赫兹透射特性数值分析

利用时域有限差分法对不同材料和厚度衬底上矩形孔金属结构太赫兹（THz）波的透射特性进行了数值分析。研究表明：矩形孔金属阵列对THz光谱具有频率选择特性,这为太赫兹滤波功能器件的开发提供了基础。在实际应用中,这种金属微结构常常需要制备在某种衬底上,而衬底材料及厚度无疑会对其太赫兹透射特性带来影响。研究了不同衬底材料和衬底厚度的矩形孔金属结构太赫兹透射性质,通过数值模拟研究发现,对于同一种衬底材料,随着衬底厚度的增加,矩形孔金属结构的透射峰峰位向低频移动。比较高阻硅和聚四氟乙烯两种衬底材料发现,高介电常数的硅衬底引起的透射峰移动更为明显。     

超短脉冲光通过光折变体光栅衍射及透射光强的瞬时变化特性研究

采用Kogelnik的耦合波理论,研究了超短脉冲光通过光折变体光栅的衍射及透射光强在时域的瞬时变化特性.发现衍射和透射脉冲波形与读出脉冲宽度、光栅周期、光栅厚度及光折变材料的折射率调制大小有密切关系.通过调整这些参量的数值,可以获得需要的脉冲形状.同时还发现衍射和透射脉冲在时间轴上有一定的偏移,偏移量的大小与参量选择有关.     

基底温度对电子束蒸发制备氧化铝薄膜的影响

为了考察基底温度对氧化铝薄膜折射率以及沉积厚度的影响情况,在不同基底温度环境下,通过离子辅助电子束蒸发方式,在玻璃基底上制备了同一Tooling因子条件下所监测到相同厚度的Al2O3薄膜,利用分光光度计测量光谱透过率,依据光学薄膜相关理论,计算了基底温度在25℃～300℃范围内获得的膜层实际物理厚度为275.611 nm～348.447 nm,以及膜层折射率的变化。通过对实验结果的数值计算和曲线模拟,给出了基底温度对于薄膜的折射率和实际厚度的影响情况。