折射率渐变透镜的数值设计

传统折射率渐变透镜的设计要求初级馈源天线具有稳定的相位中心,这就限制了透镜的应用范围。为拓宽透镜的应用范围,提出了一种折射率渐变透镜的数值设计方法,通过对馈源天线的极化电场离散采样获得相位信息,并据此设计透镜,随后用金属短线结构的新型人工电磁材料来实现这种透镜。这种设计方法简单灵活,对馈源天线没有限制。以经典矩形贴片天线为例,比较了贴片天线和透镜天线的回波损耗和远场方向图,结果表明运用这种方法设计的透镜使贴片天线的增益提高了2 dB,口径效率从62%提高到了99%。     

渐变折射率介质中光线路径的数值计算

从理论上分析了渐变折射率介质中光线传播的规律,建立了光线路径的数值计算方法。     

基于渐变折射率透镜的低损耗1×N微结构光纤耦合方法

提出了一种新型的、基于单个径向渐变折射率(GRIN)透镜的1×N光纤耦合方法,并基于水平入射以及垂直斜面入射光线的传播方程建立了用于求解点光源发出的光束在GRIN透镜斜面入射后的成像点的计算方法。通过将透镜前端面加工成多斜面棱镜,将输入光分为多束,光束聚焦位置可以通过系统参数来调整;被分割开的光束经会聚、优化像差后,实现1×N低损耗耦合,并进行了仿真研究;通过优化斜面倾角、物距等关键参数实现了光纤低损耗耦合。该设计方案结构简单,易于装配,为各类光子晶体光纤、多芯光纤、光纤组束和光纤合光提供了实用的耦合方法。     

聚焦法测量梯度折射率透镜的折射率分布

本文针对梯度折射率分布的透镜(以后简称梯析透镜)与光纤在折射率分布上的不同点,对用于光纤及其预制棒测量的聚焦法的原理公式,计算测量方法等进行了重要改进,从而使聚焦法可适用于梯折透镜的测量.本文通过计算机模拟计算,对原理公式及计算方法的准确性和可靠性进行了验证,并同时给出了这一测量方法的精度,最后给出了测量实例及其比较结果.     

渐变折射率光波导的精确分析

本文利用转移矩阵理论和等效衰减系数的概念，导出了渐变折射率光波导的色散方程，数值计算的结果，赢余方程的精度优于目前存在的所有近似方法。     

渐变折射率波导表面折射率的确定

单调变化的渐变折射率波导的表面折射率大于波导基模的有效折射率,因而不能用传统的m-线方法测量。利用分析转移矩阵(ATM)方法研究了渐变折射率波导中的表面等离子波,提出了一种确定波导近表面折射率的实验技术,在波导折射率分布的拟合中,得到了比传统逆WKB方法更为合理的结果。     

基于梯度折射率透镜的关节镜光学系统设计

关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/10＂CCD关节内窥镜成像。系统具有60视场角,F数为6, 工作距离从～5 mm,各视场的调制传递函数(MTF)在125 lp/mm时达到0.2以上,分辨率达到4 m,且各组态点列图均小于艾里斑半径。光学结构总长204 mm,最大镜头口径小于4.6 mm,根据关节镜的使用特点,系统满足使用要求。     

渐变折射率波导的BPM分析

利用BPM对MEMS波分复用系统中的渐变折射率波导的性能进行分析。详细推导了BPM的微分方程,并给出了BPM微分方程的有限差分解的形式。并根据FDBPM对已知折射率分布的径向渐变折射率波导进行数值计算分析,其结果表明,在波长为1.55μm的高斯光束垂直入射的情况下,中心折射率为1.5901,聚焦参数为0.052μm-1,并且半径为3μm的平方律渐变波导中具有快速稳定的、高传输率的高斯基模分布。     

斜角入射沉积法制备渐变折射率薄膜的折射率分析

斜角入射沉积法是一种制备薄膜的新颖方法,它可以用来制备渐变折射率薄膜.本文首先探讨了膜料的沉积入射角为α,薄膜柱状生长倾斜角为β时的薄膜的填充系数;之后利用drude理论,分析研究了斜角入射沉积法制备渐变折射率薄膜的折射率与薄膜的入射角和生长方向的关系. 关键词： 斜角入射沉积 渐变折射率 填充系数     

渐变折射率薄膜的分层评价探讨

首先阐述了将渐变折射率薄膜细分为多层均匀薄膜的分层介质理论,接着给出了一种获得最佳分层数目的分层评价方法,最后以线性变化渐变折射率薄膜为例说明了如何优化获得渐变折射率薄膜的分层数目.研究发现：渐变折射率薄膜的分层数目与薄膜的厚度和薄膜的折射率变化快慢有关,在一定的折射率变化范围内,渐变折射率薄膜的分层数目随着薄膜厚度的增加先减小后增大. 关键词： 渐变折射率 分层介质理论 分层评价     

超低折射率特异材料天线

采用金属网格和泡沫材料实现低折射率材料媒质,并对其参数进行了优化,辐射源采用单极天线,制作了样机。利用HFSS电磁仿真软件对应用低折射率材料媒质天线与传统天线的方向性进行了对比研究,并研究了辐射源的参数对定向天线的性能影响。对样机进行了测试,测试结果与仿真结果比较吻合,与传统天线相比较,基于超低折射率特异材料的天线方向性明显提高。因此,选择适当电磁参数的超低折射率特异材料,用于定向天线的设计,可以改变传统天线的设计。     

超低折射率特异材料天线

采用金属网格和泡沫材料实现低折射率材料媒质,并对其参数进行了优化,辐射源采用单极天线,制作了样机。利用HFSS电磁仿真软件对应用低折射率材料媒质天线与传统天线的方向性进行了对比研究,并研究了辐射源的参数对定向天线的性能影响。对样机进行了测试,测试结果与仿真结果比较吻合,与传统天线相比较,基于超低折射率特异材料的天线方向性明显提高。因此,选择适当电磁参数的超低折射率特异材料,用于定向天线的设计,可以改变传统天线的设计。     

基于近零折射率材料的声非对称聚焦透镜

研究基于近零折射率声子晶体的声非对称聚焦透镜。声非对称聚焦透镜的两侧分别为竖直平面与圆弧面结构,由于近零折射率材料的声波方向选择性,当声波从竖直平面一侧入射时,可以通过透镜,实现高性能声聚焦效应;而当声波从圆弧面一侧任意方向入射时,声波无法通过透镜,从而实现同时具有聚焦与非对称传输特性的声学透镜。在此基础上,改变透镜圆弧面的曲率半径,可以调控非对称透镜的正向聚焦焦点位置,且声非对称传输性能保持不变.此外,透镜内部的刚性散射体对声非对称聚焦性能的影响较小。研究结果表明所设计的声非对称聚焦透镜具有多功能、单一结构及高鲁棒性等优点,为设计新型近零折射率声学器件提供相应的理论方案与实验参考.     

磁电超材料折射率特性分析

基于麦克斯韦旋度方程, 将磁电超材料板中的电元件和磁元件分别等效为面电流和面磁流, 通过计算这些周期性面电流和面磁流在某个磁电超材料板上产生的总电场和总磁场, 获得了关于面磁流密度和面电流密度的两个方程, 进而推导出了周期性磁电超材料折射率与磁元件的磁导率、 电元件的介电常数和空间色散项之间关系的解析公式. 与传统的折射率计算公式不同, 该解析公式充分考虑到了空间色散以及磁电超材料的电元件和磁元件的相互作用. 折射率理论曲线和基于仿真实验数据的提取值曲线能很好地符合, 这说明文中推导的折射率公式能够正确地描述磁电超材料的负折射特性. 本文的结果将为分析电磁元件之间的相互作用以及设计负折射率符合一定要求的磁电超材料提供重要的理论参考. 关键词： 磁电超材料 周期性结构 负折射率     

PECVD技术制备多波段渐变减反膜

介绍了利用傅里叶变化法设计多波段渐变减反膜的原理和方法,研究了采用该方法设计多波段减反膜时Q函数的优选流程,给出了最优Q函数。设计优化得到了在350~5000nm波段范围平均透过率大于90%的多层渐变减反膜系结构,并采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术完成了样片的制备。实验结果表明,镀制的样片在350~5000nm波段范围的平均透过率为90.55%,满足光谱特性的要求。     

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.     

折射率正负梯度交替表面的研究

利用不均匀材料提出了一种折射率正负梯度交替表面, 并利用几何光学法和电磁场数值仿真方法对其机理进行了研究与验证, 发现其可以操控电磁波的传播: 在一定的参数下, 其可以将空间中的入射电磁波一直束缚在介质中, 或在介质中传播一定距离后再实现电磁波的释放; 同时该结构具有宽带、极化无关等特性. 利用该结构可引导能流, 减小后向散射截面, 可用作隐身表面.     

梯度折射率球透镜的制备及其光线轨迹测试

自麦克斯韦鱼眼透镜理论模型提出后,长期以来学术界一直以为它只是一种绝对光学仪器,在实践中并没有应用的可能。但通过对麦克斯韦鱼眼微球透镜的理论研究表明,在一定条件下,它具有良好的成像性能和耦合效率。根据菲克定律推导出梯度折射率球透镜的折射率分布函数。并且熔制了含Li+硅酸盐玻璃和采用槽沉法以及Na+/Li+离子交换法制备直径为0.3—3.0mm的梯度折射率球透镜。通过干涉法测得了梯度折射率球透镜的折射率分布曲线,并研究了光线通过梯度折射率球透镜的轨迹。研究结果表明:在590℃,离子扩散系数为3.07×10-6mm2/s;所制备的梯度折射率球透镜的折射率分布是抛物线分布,并且和理论分析相吻合;梯度折射率球透镜的光线轨迹满足椭圆方程。