新型干涉高光谱成像系统的光束剪切特性分析

提出了一种基于新型双折射横向剪切分束器的高光谱成像方法,采用的横向剪切分束器主要由Wollaston棱镜和角锥反射体组成.在分析双折射分束器的偏光结构和分光机理的基础上,利用光线追迹方法分析了光束在Wollaston棱镜中的传播特性,通过计算光束在双折射分束器中的传播方向及出射位置,推导出调制光程差的理论表达公式.根据理论推导结果,分别仿真分析了系统在不同扫描模式下光程差与入射光视场角以及角锥顶点偏移量的调制关系.基于理论分析结果搭建了实验装置,对光程差分析结果进行验证,实验结果与理论分析结果匹配较好.所提方法可以提高剪切光束的平行性,保证干涉条纹的高调制度,降低了复原光谱准确度对光学装调精度和元件加工精度的依赖性,具有结构稳定、复杂度低的显著特点.     

基于下山单纯形算法逆向设计二维光子晶体波导型1×5分束器

提出了一种新颖的二维光子晶体波导型1×5分束器,为了提高分束器的优化效率和分束性能,利用下山单纯形算法,对提出的1×5分束器进行逆向设计和研究.结果表明,改变耦合区域介质柱半径、Y分支波导中央的调控介质柱半径及其横向偏移量,可以调节分束器5个输出端口的输出光功率比例;利用下山单纯形算法,根据特定的分光比目标,对耦合区域介质柱半径、调控介质柱半径及其横向偏移量进行优化,可以逆向设计出总透过率达到99%以上、附加损耗小于0.044 d B以及响应时间小于1 ps的不同分光比的1×5分束器.此外,对逆向设计的1×5分束器进行了工艺误差分析,确定了各优化参量在实际加工中允许的误差范围,为器件的制作提供了理论参考.该1×5分束器分光比设计灵活,优化效率高,性能优良,尺寸小,在光子集成电路等领域中具有广泛的应用前景.     

新型超宽带双芯光子晶体光纤偏振分束器的研究

提出了一种新型超宽带双芯光子晶体光纤偏振分束器. 应用全矢量有限元法,系统地研究了光纤结构参数对偏振分束器带宽和偏振分束器长度的影响. 分析结果表明：增加掺氟区折射率,既能提高分束器带宽,也能减少分束器长度;增大光纤中空气孔的孔距及孔径与孔距比,可以增加分束器的带宽,但同时也会导致分束器的长度增大,使得器件尺寸增大. 因此,在设计中需兼顾分束器的带宽和长度来选取光纤的结构参数. 通过结构参数的优化,设计出一种短长度、高消光比和超宽带的偏振分束器,其长度为7.362 mm,消光比高于20 dB的带宽为600 nm. 关键词： 光子晶体光纤 偏振分束器 超宽带 全矢量有限元法     

平行双转镜傅里叶变换光谱仪

在时间调制傅里叶变换光谱仪中,直线运动型动镜很难精确驱动,容易引起倾斜和剪切的问题。旋转型动镜可以解决该类问题。介绍了一种转镜式傅里叶变换光谱仪方案,并对其进行了原理分析和光程差公式推导,提出了工程设计约束条件。该光谱仪由一个分束器,两个固定平面镜,两面平行固定在一个转轴上旋转的平面反射镜,前置镜,后置镜及探测器组成。通过原理介绍得出,该光谱仪结构简单,两条分光光线经同一平面镜反射后干涉,使仪器更容易装调;通过光程差推算得出,该光谱仪容易实现大光程差,光谱分辨率高;通过工程设计约束及仿真分析得出,该光谱仪需要在高速旋转的条件下实现高分辨率采样,容易实现精确运动控制,稳定性好,测量速度快。     

一种分光型温室覆盖结构的光学特性研究

本文针对温室设计了一种分光型覆盖结构,该结构可以使太阳光中的可见光进入温室提供植物光合作用所需光能,近红外光反射到薄膜电池转化成电能.本文利用光学软件模拟不同入射角下该结构的光学特性,室外试验结果表明,该结构全天可见光透过率在36％～48.9％之间,室内照度为20～30 klx,基本满足植物生长需求;输出电功率呈现早晚...     

光谱分辨率可调的新型干涉成像光谱技术研究

针对色散型和静态干涉型成像光谱仪光谱分辨率固定、系统效能得不到充分发挥等问题,提出了一种光谱分辨率可调的静态双折射干涉成像光谱技术.该技术的创新点之一在于,仪器的光谱分辨能力可调,且调节范围较宽.对于不同的探测目标,利用这一技术,只获取有用的光谱数据,既能满足多目标、多任务光谱图像探测的需要,又可大幅减少对存储空间和通信带宽的占用,有效缩短数据处理时间,提高系统信噪比,从而使仪器总体性能达到最优.本文给出了新技术的具体实现方案及理论模型,对核心元件—横向剪切量可调的新型双Wollaston平行平板分束器进行了光线追迹,给出了其横向剪切量的精确理论计算公式,深入分析了其分光及横向剪切量调节原理.在此基础上,研究了新技术的光谱分辨率调节特性,给出了其光谱调节范围,并对其光谱调节原理进行了实验验证.     

一种新型多模干涉分束器的设计模拟

相比于传统的1×N对称型多模干涉(MMI)分束器,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件,它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式.以1×4的对称型MMI分束器为例,在输入输出臂上各增加了倒锥形结构后,较传统设计附加损耗减小了0.02 dB,均匀性增加了0.139 dB,器件长度减小了500 μm.同时,改进后的器件具有优越的偏振相关性及容差性.器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值.     

大孔径静态干涉成象光谱仪中的横向剪切干涉仪

介绍大孔径静态干涉成象光谱仪的光学原理,分析基于Sagnac型横向剪切分束器的干涉系统设计方案,推导了理论和实际的光程差公式,讨论了几种具体的结构形式,总结了各自的优缺点。     

萨伐尔偏光镜横向剪切量和光程差的精确计算

研制了基于萨伐尔偏光镜的稳态偏振干涉成像光谱仪(SPIIS)。阐述了其分光机理。应用光线追迹法以及光线折射率的概念,分析了计算光在双折射横向剪切分束器一萨伐尔(Savart)偏光镜中的传播规律和光线路径;给出了任意角度入射时,萨伐尔偏光镜横向剪切量和光程差的理论计算公式。较目前所报道的,仅给出入射面与主截面平行时横向剪切量的特殊情况,具有更普遍的指导意义;为新型偏振干涉成像光谱仪的设计、研制、调试和工程化提供重要理论和实践指导。     

基于氟掺杂双芯光子晶体光纤偏振光分束器的设计及研究

在光子晶体光纤二氧化硅材料中掺入氟元素、在光纤中引入七个椭圆空气孔以及三角形和矩形周期性空气圆孔,设计了一种氟掺杂双芯光子晶体光纤偏振光分束器.对该分束器结构参量进行优化,对分束器分离两正交偏振光的性能进行分析.结果表明:在优化结构尺寸下,当光纤长度为102.717μm的超短长度时,在1.55μm波长处具有超强的分离两束正交偏振光的能力,消光比可以达到126.442dB,具有60nm的有效带宽.此偏振光分束器在大容量光通信系统中具有重要的应用价值.     

集成光波导静态傅里叶变换微光谱仪分辨率倍增方法

研究了铌酸锂波导静态傅里叶变换微光谱仪分辨率的影响因素, 并在此基础上提出了一种采用端面反射铌酸锂波导结构提高微光谱仪光谱分辨率的方法. 该方法容许在减小铌酸锂波导静态傅里叶变换微光谱仪尺寸的同时, 使两干涉臂间最大光程差增大1倍, 从而使其光谱分辨率实现倍增. 采用商业化铌酸锂波导电光调制器构建了一个傅里叶变换光谱仪原理样机, 并对样机在不同波长下的光谱分辨率进行了测量, 结果指出对调制器加载端面反射结构后获得的光谱分辨率是加载端面反射结构前的2倍, 与理论分析结果完全一致. 这种光波导端面反射结构制作工艺简单, 易于实现, 是一种提高集成光波导静态傅里叶微光谱仪分辨率的有效手段.     

一种可实现电子散斑干涉的新型大错位方棱镜

设计了一种可实现电子散斑干涉的大错位方棱镜.将普通方棱镜的一个面磨去一个楔角后变为斜面,该斜面和相邻的一个面镀反射膜,其他二个面镀增透膜.垂直入射的光线经过分光后变成二束光,分别经过平面反射和斜面反射,出射的二束光线就分开了.将该大错位方棱镜置于CCD镜头前,一个物体可以成二个错位的像;相邻的二个物体可叠加成像.错位量由楔角决定,错位量足够大,可实现大错位电子散斑干涉.根据试件大小和成像距离,楔角的大小可选择在1°到10°之间.对中心加载周边固定圆盘进行了电子散斑载频干涉实验,证明了大错位方棱镜能够高质量地实现电子散斑干涉,实现位移场测量.     

面阵傅里叶变换太阳光谱仪高速采集系统设计与实现

同时或准同时多谱线太阳成像观测可以获得太阳大气三维磁场和热力学参数,是未来太阳观测焦面终端设备的重点发展方向。傅里叶光谱仪具有宽波段、高灵敏度、高光谱分辨率的优势,但因受限于高帧频、大面阵探测器制约,尚未用于太阳光谱成像常规观测。随着CMOS图像传感器技术迅猛发展,在可见光和近红外波段,探测器面阵大小和帧频相比传统CCD探测器有了质的提升,使得面阵傅里叶太阳光谱仪研制成为可能。通过引入高帧频面阵CMOS图像传感器,针对面阵傅里叶变换太阳光谱仪科学需求,设计了一套高速数据采集软硬件系统,实现了面阵傅里叶太阳光谱仪10 kHz高速触发,万帧/秒快速采集,0.5 GB·s-1大数据量连续、实时存储等功能。在此基础上,依托国家天文台怀柔太阳观测基地现有的IFS-125HR傅里叶变换光谱仪, 搭建可见光实验系统,以可见光色球谱线（Hα 656.3 nm）及其附近光球谱线为目标波长,开展面源太阳光谱探测。分别以实验室钨灯和太阳为光源,进行等光程差间隔采样,成功获得了面阵干涉图,首次反演得到面源窄带连续谱以及656.3 nm附近太阳色球和光球线。采用交叉定标方式,将得到的太阳光谱与美国国立太阳天文台NSO傅里叶变换光谱仪获得的标准光谱在同等分辨率下进行比较,结果基本一致,验证了新研制的面阵傅里叶太阳光谱仪高速数据采集系统性能及面阵傅里叶变换太阳光谱仪在太阳观测中的可行性。该研究为后续可见光宽波段面阵傅里叶太阳光谱仪的研制奠定了技术基础,同时为“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（AIMS）后续从线源扩展到面源观测积累了宝贵经验。     

单光子纠缠态并发度的直接测量

通过分析光学分束器对单光子态的作用关系,提出了一个利用分束器和光子数探测器的单光子纠缠的直接测量方案.方案中用到单光子与空间模纠缠及其两个备份,并让它们通过一个50:50的分束器.选用并发度为纠缠度量,其可由单光子探测器的探测概率直接获得.此方案不需复杂的量子态层析方法,同时只用到在量子信息处理中常用的光学器件,增强了方案在实验上实现的可行性.     

Modeling of a surface plasmon polariton interferometer

We model the operation of a micro-optical interferometer for surface plasmon polaritons (SPPs) that comprises an SPP beam-splitter formed by equivalent scatterers lined up and equally spaced. The numerical calculations are carried out by using a relatively simple vectorial dipolar model for multiple SPP scattering [Phys. Rev. B 67 (2003) 165405]. The SPP beam-splitter is simulated elucidating the influence of system parameters, such as the angle of SPP beam incidence, scattering particle size, and inter-particle distance, on the splitting efficiency and phase difference between the transmitted and reflected beams. It is found that the splitting efficiency is very sensitive to the size of scatterers and angle of incidence. Comparing our simulations with experimental data available in the literature, we conclude that this approach can be used, with certain limitations, for modelling of SPP components assembled of individual scatterers, e.g., beam-splitters and interferometers, and suggest further improvements of the model used.     

硬X射线微束掠入射实验的控制和数据采集系统及其应用

在国内发展了硬X射线微束掠入射实验方法,并将此具有微米级高空间分辨率的方法应用于纳米厚度薄膜的微区分析。该实验方法对分析样品表面或薄膜在微小区域的不均匀组分、结构、厚度、粗糙度和表面元素化学价态等信息具有重要意义。基于X射线全反射原理,以微聚焦实验站的高通量、能量可调的单色微束X射线为基础,通过集成运动控制、光强探测、衍射和荧光探测,设计了掠入射实验方法的控制和数据采集系统。此系统采用分布式控制结构,并基于Experimental Physics and Industrial Control System （EPICS）环境设计SPEC控制软件。通过建立SPEC和EPICS的访问通道,实现SPEC软件对EPICS平台上设备的控制和数据获取。在所设计的控制和数据采集系统中,运动控制系统控制多维样品台电机的运动,实现定位样品位置和调节掠入射角;光强探测系统则监测样品出射光强度,通过样品台运动控制和光强探测的联控,实现样品台的扫描定位控制;通过衍射和荧光探测系统获取不同入射深度下样品的衍射峰强度和荧光计数。此外,为准确控制掠入射角角度,必须确定样品平面与X射线平行的零角度位置,对此给出一种自动定位零角度的方法,编写了该方法的控制算法,设计了相应的控制软件。零角度自动化定位的扫描结果表明,实验系统微区分析的空间分辨率达到2.8 μm,零角度定位精度小于±0.01°。利用该系统在上海光源微聚焦实验站首次实现了具有自动化准确控制零角度的微束掠入射X射线衍射和荧光同步表征的实验方法,实验中被测样品为10 nm Au/Cr/Si薄膜材料,Si基底最上层为10 nm厚的Au薄膜,其间为一层很薄的Cr粘附层。在不同掠入射角下测量样品的衍射信号,获取不同入射深度下样品的衍射峰强度,并实现在同一掠入射角下,同步采集样品的荧光计数信号,从而确定了样品表层的相结构信息以及荧光信号强度与入射角关系,实现了对纳米厚度薄膜在微小区域的相结构和组分分析。此外,通过该技术能够选取荧光计数最大值对应的入射角度,有助于提高后续发展的低浓度样品掠入射X射线吸收近边结构实验方法的信噪比。     

Entanglement and disentanglement from cascade beam-splitter for squeezed vacuum state inputs

Properties of the entanglement at the outputs of a cascade beam-splitter are investigated for two single-mode squeezed vacuum state inputs. It is shown that the entanglement depends on the squeezing amplitudes of the input states and the reflection coefficients of the cascade beam-splitter, and the composite phase shift Δ between the cascade beam-splitter and the input fields has a great effect on the entanglement. In particular, the properties of the entanglement of a cascade beam-splitter differ from those of only one beam-splitter. A further method for manipulating entanglement by adjusting the parameters of the cascade beam-splitter and the input fields is proposed.     

高温超导体中的交流损耗

考虑到陶瓷高温超导体的颗粒物性 ,详细研究了 Bean- london模型及 Anderson- kim模型在分析高温超导体交流损耗方面的缺陷 ,提出了一种新的计算方法。用这种方法预期的损耗规律与文献报道的实验结果一致。另外 ,分析了超导体尺寸、晶间临界电流、晶粒尺寸和晶内临界电流对高温超导体交流损耗的影响     

Thin film properties by facing targets sputtering system

In this study, film thickness distribution and c-axis crystalline orientation of deposited thin films were studied after preparing Co–Cr thin films, a promising ultra-high density perpendicular magnetic recording media, with a facing targets sputtering (FTS) apparatus. Electrical discharge characteristics needed for the optimum operation of sputter device was also studied in order to prepare thin films of superior c-axis crystalline orientation with FTS method (apparatus) in which thin film of fine quality can be formed because temperature increase of substrate due to the bombardment of high-energy particles can be restrained.As a result of the study, it is confirmed that the FTS method can give stable working under broad magnetic field and range of gas pressure and stable electrical discharge under low Ar gas pressure. Film thickness of prepared thin film shows fairy regular distribution and could obtain good thin films whose dispersion angle of c-axis crystalline orientation is about 3.5°.     

基于表面波的新型光子晶体分束器

通过激发光子晶体-光子晶体表面波的方法,设计出了一种由表面修饰光子晶体组成的新型复合结构。利用平面波展开法结合超原胞技术对该结构的耦合表面波色散关系进行了研究,在此基础上利用时域有限差分法对光束在该结构中的传输特性进行了数值模拟,并分析了其物理机制。研究结果表明,所提出的新型结构,对一定频率范围内的传输光,能够实现输出光的分束,此特征可以用来制作光束分束器。