亚波长衍射微透镜的设计

设计了连续浮雕衍射微透镜和与其等效的二元亚波长衍射微透镜,采用旋转体时域有限差分法对通过计算机辅助设计出的元件进行了严格的矢量分析,给出了各元件在焦平面的场强分布.分析结果表明,本文设计的二元亚波长微透镜对连续浮雕微透镜有很好的等效效果;填充因子的脉冲宽度调制法要优于填充因子的线性近似法;制作相对误差不大时深度误差和宽度误差对微透镜聚光能力的影响不大.     

旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件的分析

采用旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件进行严格的矢量分析.推导了旋转体时域有限差分法的基本计算公式;给出了入射波的设置方法;采用了完全匹配层吸收边界条件;改进了平面波谱传播算法,大大简化了计算过程并提高了计算速度.对多台阶微透镜和二元亚波长微透镜进行分析给出了它们焦平面的电场强度分布.数值计算结果表明,本文的算法可以准确且高效地分析轴对称亚波长衍射光学元件.     

多台阶圆形衍射微透镜聚焦性能的矢量分析

给出了基于旋转体时域有限差分法的严格的矢量分析模型,应用该模型分析了多个多台阶圆形衍射微透镜的设计实例.研究了设计参量和制作误差对其聚焦性能的影响.结果表明增加环带数,但保持其他设计参量例如焦距、入射波长不变时,焦点场强增大、焦斑变小、焦深变短;只增加台阶数时,聚光作用加强,但台阶数达到8～10后,聚焦效果趋向稳定,因此建议在实际加工中,台阶数选择8～10.用二元掩模板套刻制作多台阶时,容易产生制作误差.设计了在第三次套刻制成8个台阶过程中产生了对准误差和系统刻蚀误差的两类多台阶微透镜.分析结果表明对准误差对多台阶微透镜聚焦效果的影响较大,加工时要尽量避免,而系统刻蚀误差对多台阶微透镜聚焦效果的影响较小.     

温度涨落和波长偏离对衍射透镜性能的影响

根据菲涅耳衍射透镜的特点,阐明了温度色散和波长色散的概念,并建立了相应的数学表达式,给出了衍射效率与温度和波长的关系式,在此基础上做了较为全面系统的理论和数值分析,评估了温度场发生变化以及使用波长和设计波长发生偏离对衍射透镜性能的影响程度.结果表明:波长偏离对衍射透镜性能的影响要比温度涨落明显得多,其中,波长色散具有非线性特征.     

衍射光学透镜色散特性的仿真研究

在白光照射下,衍射光学透镜的焦距不仅同材料色散和波长色散有关,而且还同孔径因子有关。基于折射率随波长变化的经验公式,利用自编的仿真计算程序包,得到了透镜焦距、材料色散、波长色散、孔径因子之间的关系曲线。所获得的理论分析和仿真计算结果为进一步设计消色差的纯衍射目视光学系统提供了理论依据,具有一定的指导意义。     

微球透镜亚波长显微成像远场特性实验研究

利用低折射率的二氧化硅和高折射率的钛酸钡微球透镜对蓝光刻录光碟的亚波长表面结构进行了显微成像实验,观察了两类微球在空间上与样品表面分离时的成像特性.实验结果表明:在微球透镜与样品表面分离0～6μm的空间范围内,微球透镜对亚波长纳米结构仍具有分辨能力,且放大作用明显.通过实验比较,发现在浸没方式、放大率大小、成像尺度范围...     

消色差谐衍射微透镜列阵的应用研究

本文研究菲涅耳谐衍射透镜的特性和工作条件,分析二元谐衍射透镜的衍射效率及制作要求,设计并研制了用于萨克-哈特曼波前传感器的双波长共焦谐衍射微透镜列阵,得到了良好的应用效果.     

二元微透镜的位相平衡设计及叠加积分衍射分析

本文用位相平衡设计法设计了优化的二元光学微透镜，这是对Ｄａｍｍａｎｎ阶梯波带片设计方法的一种改进。文中用叠加积分作了二元微透镜的衍射分析，并与Ｄａｍｍａｎｎ法作了比较，计算结果说明本方法的衍射效率及象质都优于Ｄａｍｍａｎｎ法。且能设计更大相对口径（Ｄ／ｆ）。具有任意物象距的二元微透镜。     

亚波长刻槽结构衍射场研究与数值计算

用耦合波理论分析考虑了亚波长刻槽结构有限刻槽光栅对光波场的衍射作用,给出了TE偏振以及TM偏振入射下的耦合波方程,并通过数值计算给出了单槽及多槽在TE偏振正入射下的衍射场分布. 关键词：     

亚波长金属波导的光传播和干涉特性研究

利用时域有限差分方法研究了亚波长金属波导TE波的传播特性和基于异常透射现象的干涉特性.对各种参量对驻波特性的影响及两列波导间的耦合特性进行了分析.研究发现,TE波在波导中传播时存在截止宽度,如果波导宽度小于截止宽度,TE波在波导中不能传播;如果波导宽度大于截止宽度,TE波的传播距离将随波导宽度变大而突然增加.当波导宽度达到或大于半波长时,TE波可以在波导中正常传播.金属波导的截止宽度与金属的吸收系数成正比.此外,由于光在亚波长金属波导透射时的异常透射现象,在亚波长金属波导中产生了TE波的干涉现象,能形成驻波.     

新型THz波超平坦色散光子晶体光纤

设计出一种新型的渐变空气孔径THz波超平坦色散光子晶体光纤.应用时域有限差分方法(finite-difference time-domain,FDTD)计算光纤色散,所得结果表明渐变空气孔径光子晶体光纤比孔直径不变光子晶体光纤控制色散的能力更强;且当第三层与第四层空气孔直径相同时,孔直径渐变的光子晶体光纤的色散更趋于平坦,而当空气孔直径取d₁=0.85d₄, d₂=0.95d₄,d₃=d₄(d₁,d₂,d₃,d₄分别为包层从内到外空气孔的直径)时,此种光子晶体光纤可以在波长60—65 μm(4.61—5 THz)范围内将波导色散值控制在-0.1±0.3 ps/(km·nm)范围内,得到趋于超平坦色散的、具有很好的束缚THz波的能力和良好的损耗特性的新型THz波光子晶体光纤. 关键词： THz波光子晶体光纤 时域有限差分方法 超平坦色散     

基于圆弧谐振腔的金属-介质-金属波导滤波器的数值研究

设计了一个基于圆弧谐振腔的金属-介质-金属波导滤波器, 并应用时域有限差分算法数值研究了它的传播特性. 结果发现, 在透射光谱中出现了明显的透射峰. 分析表明, 该透射峰是由表面等离极化激元在圆弧腔中的谐振所导致. 我们还研究了圆弧谐振腔的结构参数及其弯曲方向对其传播特性的影响. 此外, 该结构还可以用作一种光分路器, 实现滤波与分路的双重功能.     

衍射微透镜列阵的研究与应用

本文研究了衍射微透镜列阵的设计与制作工艺方法，在此基础上研制出一系列衍射微透镜列阵，衍射效率均大于８５％，在深紫外、可见及红外波前传感器中得到了成功应用。     

紫外衍射微透镜阵列的设计与制备

为了提高紫外焦平面阵列的填充因子,可以通过微透镜阵列与紫外焦平面阵列的集成,以改善紫外焦平面阵列的探测性能。根据标量衍射理论设计了用于日盲型紫外焦平面阵列的128×128衍射微透镜阵列,其工作中心波长为350nm,单元透镜F数为F/3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备了128×128衍射微透镜阵列,对具体的工艺流程和制备误差进行了分析,测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明:衍射微透镜阵列的衍射效率为88%,与理论值95%有偏差,制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列具有均匀的焦斑分布,与紫外焦平面阵列单片集成能较好地改善器件的整体性能。     

Calculation of Diffraction Characteristics of Sub wavelength Conducting Gratings Using a High Accuracy Nonstandard Finite-Difference Time-Domain Method

Gratings with subwavelength groove depth and period are frequently used in optics for various purposes. The polarization dependent diffraction characteristics of subwavelength (high frequency) gratings can only be calculated by solving Maxwell’s equations of electromagnetism. In this paper, we calculate the classical diffraction characteristics of subwavelength conducting gratings numerically, using a new high accuracy version of nonstandard finite-difference time-domain (NS-FDTD) algorithm. For the purpose of analysis, we employ a gold sinusoidal grating with light incident at a large angle. We have compared high accuracy NS-FDTD simulation results with those obtained from standard finite-difference time-domain (S-FDTD), and the finite element method (FEM) simulations.     

A subwavelength metal-grating assisted sensor of Kretschmann style for investigating the sample with high refractive index

In this paper, a subwavelength metal-grating assisted sensor of Kretschmann style that is capable of detecting the sample with a refractive index higher than that of the substrate is proposed. The sensor configuration is similar to the traditional Kretschmann structure, but the metal film is pattered into a grating. As a TM-polarized laser beam impinges from the substrate, a resonant dip point in reflectance curve is produced at a certain incident angle. Our studies indicate that the sensing sensitivity and resolution are affected by the grating's gap and period, and after these parameters have been optimized, a sensing sensitivity of 51.484°/RIU is obtained with a slightly changing resolution.     

光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响

模拟分析了光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响。光谱色散匀滑技术的使用提高了衍射光学器件的抗波前畸变能力,降低了对加工精度的高要求。光谱色散匀滑技术与衍射光学器件的联用有望满足惯性约束聚变对束匀滑性能的高要求。     

基于菲涅耳微透镜的光学加速度传感器原理研究

目前航空业惯性导航系统中广泛采用的加速度传感器存在抗电磁干扰（EMI）和电磁冲击（EMP）能力差等缺陷，针对此提出了一种基于菲涅耳衍射微透镜的光学加速度传感器，它能够有效地解决上述问题。该传感器的传感原理是把一个反光膜平行地置于微透镜的后方，根据微透镜前方汇聚点处光强的变化来敏感加速度的大小。通过Fresnel-Kirchhoff衍射公式详细推导了传感器的光学原理，并且对光纤的偏移对光强的影响进行了计算机模拟分析。结果表明：光纤接收的光强对反光膜的位置具有纳米级的灵敏度，并且对光纤沿微透镜焦平面方向的偏移极其敏感，当此偏移超过2μm，光强就会下降至不足理想情况下的50%。验证性实验结果表明这种传感器的原理是正确的。