矩形波宽带通滤光膜研究

对矩形波宽带通滤光片进行了深入研究,提出了一种设计、制备矩形波宽带通滤光片的方法。使用该方法设计并制备了400 nm～1 100 nm波段,中心波长λ₀=515 nm,透射带λ=λ₀±25 nm,透射带平均透射率■≥92%,截止带λ=400 nm～475 nm、λ=555 nm～1 100 nm,截止带透射率小于0.1%的矩形波宽带通OD3-A滤光片。对样片光谱进行了测试,结果满足需求。该方法设计、制备矩形波宽带通滤光片克服了F-P型窄带滤光膜监控精度要求高、通带宽带窄、成本高以及传统长、短波截止膜组合方式膜层总厚度过大、通带透过率低、波形矩形度差的缺点。     

1555nm宽带通滤光膜的设计和优化

针对对空间通信的特殊需求,设计并制备了1 555 nm波段的高透过率、宽带通滤光膜,该滤光膜在高温高湿环境下能够稳定工作。根据薄膜设计理论,选取折射率差大的TiO2和SiO2作为镀膜材料,采用规整膜系进行膜系设计。借助Optilayer软件,采用针形优化和双面镀膜方法,得到优化的非规整膜系。采用直接与间接监控相结合的手段监控薄膜生长,并探讨了薄膜的生长条件。在电子束蒸发离子辅助沉积条件下,制备出中心波长处透过率达到97%,带宽为50 nm的滤光膜。在100℃高温和-30℃低温各保持3 h的条件下,波长漂移仅0.2 nm,具有高的稳定性和可靠性,满足空间通信的使用要求。     

粮食筛选系统中双通道带通滤光膜的研制

利用杂质和劣质粮食与优质粮食的近红外吸收光谱不同的特性,根据光谱中反映测试成分的特征波段的差异对粮食进行光学分选.在光谱进入传感器之前经过滤光片对多个测试波段进行过滤,降低噪音的影响.本文针对光学筛选系统中核心部件双通道带通滤光片进行研制,从膜系设计理论出发,采用了Smith法结合膜系设计软件设计了以周期膜系和非周期膜系相结合的双通道带通滤光膜系,利用电子束蒸发和离子辅助沉积的方法进行制备并通过数学建模分析,减小了实验误差对光谱的影响.在1200nm和1450nm波段得到平均透射率大于97%,1000~1130nm和1570~2000nm波段平均透射率小于1%的滤光膜,通过系统测试,满足使用要求.     

人工局域表面等离激元诱导的超透射

利用有限元方法研究了理想导体薄膜中齿状孔阵列在微波频段的超透射现象.齿状结构的引入使得孔阵列的透射谱发生红移,在更深的亚波长区实现全透射.近场分析表明分布在齿状孔上的局域态对红移起了关键作用.研究发现单个齿孔支持人工局域表面等离激元多极子模式,与超透射相关的是偶极子模式.该研究方案可以推广到红外与太赫兹频段.     

二维亚波长金属小孔阵列的透射光增强效应

对金属薄膜上的二维亚波长小孔阵列的光透射增强现象进行了数值模拟,结果显示不仅实际金属薄膜上的小孔阵列结构具有透射增强效应,理想导体薄膜的相同结构也具有透射增强效应,但没有实际金属薄膜的增强明显-通过分析指出,这种小孔阵列的光透射增强效应是一种复杂的波导耦合效应-与金属薄膜上的表面电流一样,表面等离激元波具有将入射光能量从金属表面向小孔转移的作用,但不是透射增强的本质原因-关键词：表面电流共振耦合透射增强表面等离激元     

内嵌矩形腔楔形金属狭缝的增强透射

金属薄膜上亚波长金属狭缝的非共振光增强透射对宽频带光子器件的设计具有重要意义. 为增强金属狭缝的光透射, 设计了内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列, 并用有限元方法研究了该结构的透射特性. 结果表明, 内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列比无矩形腔的楔形金属狭缝阵列透射率高. 此外, 还研究了矩形腔的结构参数和位置对内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列透射特性的影响. 这些结果将对设计具有更高透射能力的金属狭缝具有一定的指导意义.关键词：光异常透射金属狭缝表面等离极化激元     

基于等离激元法布里-珀罗腔折射率测量的实验设计

利用自下而上的纳米加工工艺,制备了一种由银纳米线对和金膜构成的等离激元法布里珀罗(F-P)腔。暗场散射光谱和数值模拟表明,金膜表面传输的表面等离激元经银纳米线对的多次反射下,会在腔内形成驻波现象,并在散射光谱中呈现出多光束干涉调制的光谱线型。利用这一原理设计一个折射率测量实验,通过测量不同浓度甘油溶液的折射率,得到了F-P腔共振波长随溶液折射率增大的线性红移规律。进而通过调谐F-P腔的长度,得到该F-P腔最高的探测灵敏度为555 nm/RIU。     

人工表面等离激元超材料

以微带为代表的传统微波传输线无法精细操控电磁模式,因此传统电子信息系统在空间耦合、动态响应和性能鲁棒性等方面存在瓶颈.人工表面等离激元(SSPP)超材料可打破上述瓶颈,是光学与信息领域的研究热点之一.人工表面等离激元超材料是一类模拟光频段表面等离激元特性的新型超材料,可在微波和太赫兹频段精细操控表面波,具有与平面电路相...     

基于一种易于制作的混合型表面等离激元波导结构的超紧凑截线滤波器

提出并分析了一种结构紧凑的截线型滤波器。该滤波器建立在一种硅基混合型表面等离激元波导结构上。与通常的混合等离激元结构相比,该波导结构在制作时只需对顶部的一层硅材料进行刻蚀,不需在光刻步骤进行对准和套刻,工艺简单易行。该截线滤波器由一截突柱波导与直波导耦合组成,并采用三维时域有限差分方法对其频谱响应进行模拟计算。计算结果表明该滤波器与现有文献中的二维金属-绝缘体-金属波导截线滤波器具有类似的频谱特性。另外,还进一步分析了截线部分及波导自身尺寸对器件输出频谱的影响。

     

基于石墨烯纳米带的齿形表面等离激元滤波器的研究

提出了一种基于石墨烯纳米带的齿形表面等离激元波导滤波器, 并且用时域有限差分法研究了这种结构. 单个齿形的滤波器可以实现带阻滤波, 其滤波特性可以用基于散射矩阵的解析模型解释. 滤波器的透射谱特性可以通过调节齿的长度、宽度以及石墨烯的化学势来改变. 由于石墨烯的化学势可以用门电路来调节, 这种结构的滤波器可以在器件加工完成后灵活地调节其工作波长. 同时研究了多齿滤波器, 这种结构可以实现宽带滤波, 文中对具有不同齿数、周期的滤波器的透射谱进行了细致的研究. 研究结果对实现基于石墨烯的大规模集成光电子器件提供了重要的理论参考.     

A numerical analysis on the homogenous property for integrated narrow band pass filter

The integrated narrow band pass filter is an important photonic device. The performance of this device is limited by the two problems, absorption coefficient and thickness homogeneous in the resonant cavity layer. We have developed a numerical simulation method to analyze the factors’ influence on the behavior of integrated filters. It is found that the non-homogeneous of layer thickness will play a dominance role in the property of band width of transmission spectra of the 32-chanels integrated narrow band pass filter device in near infrared.     

带通滤波器对能见度测量不确定度的影响

在能见度测量中,为了抑制环境光变化对测量不确定度的影响,在光发射端对探测光束进行调制,在接收端对探测到的光电信号进行带通滤波。带通滤波器的特性参数受到工作环境温度变化的影响,导致频响函数变化,从而引入能见度测量的不确定度。以二阶有源带通滤波器为例,从传输函数入手分析了带通滤波器频响幅度随温度变化的规律,实验测定了频响幅度随温度变化的关系。结果表明:在高能见度天气状况下,在15 ℃~40 ℃温度范围内,环境温度每变化1 ℃,带通滤波器将贡献约4.5%的不确定度;低能见度时,带通滤波器的影响比高能见度时小得多。     

SHF频段超宽带高温超导滤波器的研制

针对超宽带通信系统的发展趋势,采用1/4波长短截线结构设计了一个工作于超高频(SHF)频段的超宽带高温超导滤波器,滤波器的中心频率为4.2 GHz,相对带宽为50%,讨论了1/4波长短截线结构滤波器的设计原理,给出了所设计超宽带滤波器的理论曲线、模拟仿真结果。实际制作的超宽带高温超导滤波器的测量曲线与模拟仿真曲线基本吻合,得到了满意的结果。     

Plasmonic Fraunhofer-wavelength narrow-band filter based on calcium film

We theoretically investigate plasmonic properties of a calcium film in a Kretschmann excitation scheme. Based on surface plasmon polaritons, the absorbance of the calcium film can be as high as 100% for the p-polarization, much higher than the absorbance for the s-polarization at the wavelength of 422.7 nm, correspondingly to the g Fraunhofer line. The 45 nm thick film of calcium has a high reflectance of about 76% at 422.7 nm for s-polarization. But for p-polarization, there is a minimum in the reflectivity curves at the angle of 19°. The narrow-band filter based on calcium film is particularly suited for working with conventional calcium atomic filter and on-chip integration due to its solid-state bulky feature. Furthermore, the plasmonic filter based on the calcium film is described that may offers new applications in angle- and polarization-sensitive sensor and the detection of weak laser light.     

An incident-direction-selective transmission filter based on anisotropic metamaterial

We construct an incident-direction-selective transmission filter based on anisotropic metamaterial, and explore the possibility of complete tunneling when elements of permittivity and permeability tensors of the anisotropic metamaterial are totally or partially negative. We first deduce the expressions of field distribution, reflection and transmission amplitudes in our filter and then study the influence of anisotropic metamaterial on the tunneling incident angle of light, including seven subcases of different combinations of positive and negative permittivity and permeability components. At last we conclude the principle of appearance of complete tunneling.     

Polarization controllable spatial filter based on azo-dye-doped liquid-crystal film

This investigation establishes the feasibility of exploiting the surface-assisted photoalignment effect in dye-doped liquid-crystal (DDLC) films as spatial filters with controllable polarization in optical signal processing. The fabrication relies on the fact that the various intensities of the diffracted orders are responsible for various changes of the polarization state induced by the photoaligned DDLC film. Specific spatial orders in Fourier optical signal processing can be filtered by use of an analyzer placed behind the sample to control the polarization state of the diffracted orders. A simulation was performed, and the results agree closely with the experimental data.     

The behaviours of optical novelty filter based on bacteriorhodopsin film

The quality of the novelty filter image is investigated at different intensities of the incident blue and yellow beams irradiating a bacteriorhodopsin (bR) film. The relationship between the transmitted blue beams and the incident yellow beams is established. The results show that the contrast of the novelty filter image depends on the lifetime of longest lived photochemical state (M state). These results enable one to identify the direction of a moving object and to improve the quality of the novel filter image by prolonging the lifetime of M state.     

基于谐振耦合现象的三芯光子晶体光纤带通滤波器

设计了一种三芯光子晶体光纤带通滤波器结构.利用纤芯间的谐振耦合,实现了滤波.当3个纤芯基模模式有效折射率在同一频率点实现匹配时,将产生谐振现象.通过合理选取光纤结构参数,可以使3个模式满足谐振条件.由于3个纤芯基模只在工作波长处实现有效折射率的匹配,因而纤芯间发生波长的选择性耦合.应用全矢量光束传播法(BPM)分析了这种光纤带通滤波器的性能.结果表明:在1.55 μm工作波长上,光纤耦合长度为22.8 mm;在损耗低于-3 dB前提下,通带带宽为8.9 nm.     

基于表面等离子激元波导透射性能的环形滤波器设计

当前对表面等离子体激元(SPP)耦合性能及其传播的研究已成为这一领域急需改进的课题。为了进一步使SPP纳米器件成为可能,利用SPP波导结构设计了一种表面等离子体激元环形滤波器,建立了SPP波导结构传输模型和金属光栅SPP传输模型。透射率仿真分析表明,透射率会随着金属薄膜厚度的变化而变化,当金属薄膜厚度降低时,透射带宽会明显变窄,且透射的峰值也会降低。滤波器结构仿真结果表明,滤波器具有很强的消光效果,在具有有效谐振频率的同时可以更好地实现阻碍非谐振频率。该研究对纳米等离子激元器件的实际应用具有一定的理论和实际意义。