光子晶体表面结构的改变对成像的影响

负折射率材料因为其奇异的特性成为广泛研究的对象,尤其是光子晶体平板的完美成像.硅材料以其良好的物理性质成为当今集成光学领域中应用最广的材料之一.本文以硅介质柱在空气中周期性排列构成六角结构的光子晶体平板为例,运用平面波展开法进行光子晶体能带计算并运用时域有限差分法模拟改变光子晶体平板成像并讨论表面结构对成像的影响.光子晶体平板等效折射率为-1时,通过改变上下侧最外层介质柱的半径或是侧向移动最外层介质柱发现:当光子晶体平板表面结构发生改变时光子晶体平板仍能成像但像点强度发生变化.当光子晶体平板表面结构的改变在一定范围时,所成像的位置发生改变且位置变化符合光子晶体成像经典的Veselago关系;当光子晶体表面结构的变化超过该范围时,所成像与物的相位发生反相同时像点位置发生"巨变",此时Veselago关系已不成立.数值模拟表明:光子晶体平板表面结构的改变可以有效地改变该光子晶体平板所成像的强度、位置和相位.     

非平行双目视觉系统水下成像的极线约束模型

针对水下非平行双目成像系统图像匹配时无法进行平行校正,并且不再满足空气中的极线约束条件这一问题,推导出一种适用于水下的极线约束模型。根据摄像机和防水罩间相对位置关系的不同,把水下双目成像方式分为平行成像、共用折射面成像和独立折射面成像三种情况,并推导了后两种情况的极线约束模型。对摄像机进行标定,利用尺度不变特征变换(SIFT)进行立体匹配,推导了参考图上特征点在待匹配图上所对应的曲线,根据待匹配图上特征点是否在曲线上,剔除误匹配点,提高匹配精度。实验结果表明,利用所推导出的水下曲线约束模型,可以有效地剔除误匹配点,降低误匹配率。     

二维空气环型光子晶体的负折射成像特性

采用平面波展开法和时域有限差分法研究了由空气环组成的二维三角晶格光子晶体平板的负折射成像特性.研究结果表明对于外半径为 0.4 a,内半径 0—0.13a的空气环型光子晶体,第二能带中归一化频率为 0.3 的电磁波可以实现有效折射率为-1的负折射成像.通过光子晶体有效折射率的计算,得到了有效折射率为-1的电磁波频率随空气环内径由0—0.2 a变化的规律,并由对应等频曲线的变化解释了结构参数对光子晶体平板成像的影响. 关键词： 光子晶体 空气环 负折射 等频曲线     

负折射率材料单球面近轴成像奇特规律的研究

研究了负折射率(n′<0)材料单球面折射对近轴光线的成像规律.理论推导证实负折射率材料单球面近轴成像的所有公式与我们所熟悉的常规材料(n′>0)单球面的完全相同,但由于n′<0,它的成像规律完全不同于常规材料的.文中通过物距-像距曲线比较了两种材料的物-像关系,并对(n′<0,f′>0,f>0)情形下的物像位置、虚实正倒、缩放规律等进行阐述,给出了物像空间的对应图示.     

折射率梯度表面机理的研究

本文构建了一种折射率梯度表面,并利用几何光学法对其物理机理作了研究,发现这种折射率梯度表面可以实现入射波到正常反射波,异常反射波,以及介质波的转换.当入射点介质折射率大于某一阈值时,异常反射波束方向角正弦值与入射波束方向角正弦值存在线性关系,意味着平行入射的波经介质后将平行出射到空气;而当折射率梯度常数大于某一阈值时,任何方向入射的波在透射到介质后,将发生全反射,被束缚在介质中.总而言之,通过调节结构参数,可以实现对波束方向与强度的人工调控,从而提供了一种人工可控的全介质梯度表面的工程实现思路.     

关于左手性介质几何光学的研究（一）

根据几何光学中的费马原理和完善成像原理研究了光线经过正负折射率界面时的传播特性，推导了单负折射率完善成像的曲面方程，讨论了单块负折射率透镜成像特性的一些缺陷及改进方案，依此指出了最短时间原理的适用范围的局限性和利用左手性介质制作光学器件的优越性，为进一步研究左手性介质的光学特性和相关光学器件设计提供了理论基础.     

单轴晶体中的负折射现象研究

分析了在各向同性介质和单轴晶体界面实现负折射的最佳条件。计算发现,通过调节光轴角和各向异性参量可以使得负折射现象更为明显,获得最佳光轴角和最大入射临界角。各向异性强的晶体实现负折射的入射角范围可能会很大。讨论了单轴晶体中和负折射率介质中的负折射现象的区别：负折射率介质中的负折射是由负的折射率引起的,单轴晶体中是由于各向异性决定的。同时还发现单轴晶体中的能流负折射现象不能实现Pendry在理论上所预言的完美透镜。     

光波在左手材料中全折射的理论分析

根据菲涅尔公式,从理论上证明了只有在左右手系两种介质中光波才能发生全折射现象,给出了产生全折射时介质折射率应满足的条件n1=－n2,μ1=－μ2.对n2=－1的负折射率平板的成像进行了分析讨论,此负折射率平板具有透镜的作用.     

一种非侵入式检测聚焦超声场的方法及装置

介绍了一种用激光通过声光折射法对聚焦超声场进行非侵入式测量的方法及装置. 该方法采用一束 直径小于声波长的平行激光束垂直入射于聚焦焦点, 通过建立焦点声压与光线最大偏转距离间的关系模型, 即可 计算出某点的声压. 通过将激光沿声轴线方向进行微小位置调节, 利用光束在聚焦超声场中由于介质折射率不同 导致的光线折射, 即可测得焦域范围的声压分布以及焦斑宽度. 所得实验测量结果与理论仿真结果对比相差不大, 证明此方法是可行的     

二维蜂窝格子光子晶体的远场成像特性及界面对成像质量的影响

利用有限时域差分法研究了一种二维蜂窝格子光子晶体的远场亚波长成像特性，发现和折射率为-1时的负折射成像规律符合得很好.但是由于晶格结构本身的特性，入射光以大角度入射时，这种结构的耦合效率很低，影响了像的强度和质量.通过适当改变界面上介质柱的半径的方法可以提高耦合效率，进而有效提高成像的质量和强度.     

基于非平行系统的水下图像转化模型

针对水下三维重建成像时图像失真的问题,提出一种基于非平行双目视觉系统的转化条件和转化模型,将摄像机透过平面防水罩拍摄的水下图像转化为摄像机与目标间无水存在的一般空气图像.当摄像机焦点在水与空气分界面处时,水下图像和空气图像像素间存在一一对应关系,当摄像机焦点位于水面外时,该模型在物距远大于焦距及焦点沿z轴方向与折射面距离的情况下仍成立.实验利用特征点三维坐标重建验证模型的正确性,结果显示,利用本文方法重建的三维坐标和实际三维坐标相比,x、y、z轴方向的重建误差平均值分别为2.23%,1.51%,1.10%,表明该模型转化后的图像可采用空气中的图像处理方法,为空气中的三维重建方法应用于水下的探索提供理论依据.     

水下双目立体测量系统的建模与误差分析

提出了一种新的基于双目视觉的水下成像模型。在摄像机理想针孔成像模型的基础上,考虑平面防水罩厚度对光线经水、防水罩、空气发生两次折射的影响,建立了摄像机在水下环境中物体的三维重建模型。针对此模型,分析了双目测量系统结构参数以及被测物点位置对测量精度的影响,对进一步优化系统结构设计和提升系统测量精度具有一定的实际指导意义。     

透镜成像规律的妙用

透镜成像时,从物体上任一点Ｓ发出的光线,经透镜折射后都交于一点,（或反向延长线交于一点）这一点就是Ｓ点的像Ｓ’并且物体和像的连线必通过透镜的光心．此规律在光学解题中有妙用．１作任一入射光线经透镜后的折射光线 例１．画出图１中入射光线ＡＢ经凹透镜折射后的光线． 在入射光线ＡＢ上任选一点Ｃ作为物点,应用三条特殊光线中的任意两条,作出物点Ｃ的像点Ｃ’．虚线连接Ｃ’Ｂ延长后ＢＤ就是所求的光线． 根据光路的可逆性原理,应用此法也可画出任一条折射光线对应的入射光线．２根据物、像位置确定透镜位置和焦点 例２,如图…     

几何光学 其他

O4352006053870关于左手性介质几何光学的研究(1)=Study of geomet-rical optics onleft-handed material(Ⅰ)[刊,英]/林志立(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,光及电磁波研究中心.浙江,杭州(310027)),胡建东//光子学报.—2006,35(6).—893-897根据几何光学中的费马原理和完善成像原理研究了光线经过正负折射率界面时的传播特性,推导了单负折射率完善成像的曲面方程,讨论了单块负折射率透镜成像特性的一些缺陷及改进方案,依此指出了最短时间原理的适用范围的局限性和利用左手性介质制作光学器件的优越性,为进一步研究左手性介质的光学…     

二维空气孔型光子晶体负折射平板透镜的减反层

提出并优化了由单排渐变介质波导构成的二维空气孔型光子晶体负折射平板透镜表面的减反层，改善了成像质量.二维时域有限差分模拟计算结果表明，采用减反层后，在入射角小于23°的范围内，在使得有效折射率n_eff=-1的工作频率处，光子晶体表面对从空气一侧入射的平面波的反射率可降低到1％以下. 关键词： 光子晶体 负折射 平板透镜 减反层     

负折射“水”中的筷子

近年来,负折射介质的相关研究已然成为了物理学界的热点问题,其具有的奇异的物理现象不仅频频在网络及媒体上出现,甚至成为了大学本科教学的前沿拓展内容.本文系统研究了筷子及球体放入折射率为-1的假想液体中的成像现象,纠正了先前网络上有关此类现象的错误认识,加深了人们对于负折射成像的理解,并希望对讲授负折射的相关内容有所借鉴.     

光在光轴取向任意条件下的晶体表面透射率

为了分析一束光在晶体表面的能量损失以及两束折射光的能量比,给出了一种求解反射率和透射率的方法。讨论了光从各向同性介质入射到单轴晶体表面时的折射和反射,注意到了e光线与e光波方向的不同,e光折射率与e光波法线折射率的不同,得出了在界面处应该满足的边界方程。在晶体光轴取向任意的条件下,给出了表明各光束间能量关系的折射率和反射率的理论表达式,为晶体器件特性的研究提供了有力的理论工具。数值模拟表明:得到的结果满足能量守恒;反射到各向同性介质中的光的电场(或磁场)与原入射光的电场(或磁场)不再平行;光轴的取向和入射角的大小对折射的o光、e光的能量比有很大的影响。     

折射率跃变的一般光学界面上光折射的代数关系

根据几何光学中的光线方程,推导出了折射率跃变界面处光折射的代数方程,依据该方程讨论了球面界面的"焦点"、"焦距"问题并用计算机进行了模拟.该方法对学生理解光的传播行为及提高几何光学的教学效果有帮助.     

飞秒激光微纳3D打印新进展——首次实现微尺度光波段3D Luneburg透镜

正梯度折射率光学(gradient-index optics)是光学领域近年来蓬勃发展的研究分支之一,其研究的对象是非均匀折射率介质中的光学现象[1]。发生于非均匀介质中的光学现象在自然界是一种普遍存在的客观物理现象。早在公元100年,人们就己观察到"海市蜃楼"、"沙漠神泉"等奇景,都是由于大气层折射率的局部不均匀变化对地面景色产生折射而出现的一种奇观。通过对这些自然现象的观察、研究,人们逐渐领悟到材料折射率的非均匀性可以导     

蘸粘式光纤液体分析仪的折射率传感特性研究

提出了一种测量液体折射率的光纤液体分析仪。利用液体表面张力的作用,在光纤探头端形成一个液滴。该液滴的作用相当于一个平凸透镜,发射光纤出射的光经液滴表面折射、未扰液面的反射和液滴表面的再次折射后进入接收光纤。根据菲涅耳公式,光线在各个界面的透射系数和反射系数与液体的折射率有关,且对于不同的液体,光线的传输路径不同。基于球面折射成像和反射式强度调制原理,分析了光线的传输路径,并建立了接收光纤接收到的光强与液体折射率的关系模型。对不同浓度的NaCl溶液进行了测量,实验结果符合理论预期,表明该方法可以用于液体折射率的测量。