含负折射率材料并具有零平均折射率的半无限一维光子晶体的表面态

用传输矩阵方法和Bloch定理,从理论上分析以色散介质为背景,由正负折射率材料组成的半无限一维光子晶体的表面态,发现以色散介质为背景,在满足平均折射率等于零的情况下,第一层厚度变化时,表面态将会在较大频率范围内显著变化。讨论了同一入射角度下不同频率的表面态的电场分布情况,结果表明：远离带边的表面态局域长度较小。     

含负折射率材料的Thue-Morse序列结构的光学透射谱

讨论了由正折射率材料和具有色散的负折射率材料构成的Thue-Morse序列结构的透射谱,用传输矩阵元的递推关系式计算透射率.数值计算结果表明,这种系统存在一个n=0带隙,它与Bragg带隙相比,对入射角变化和电场偏振方向的变化更不敏感.此外,带隙的位置不随序列阶数的不同而变化.同时,对TM序列结构完全透射态的场分布进行了研究,发现光强的分布具有与晶格结构相似的分布.     

含负折射率材料的一维光子晶体的光学传输特性

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的光学传输特性.计算了这种含负折射率材料的一维光子晶体的透射谱和色散关系.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带,从光学薄膜理论的色散关系出发解释了形成上述现象的原因.讨论了在不同的偏振模式下,光以中心波长入射时,反射率随着入射角度的变化关系.发现含负折射率材料的一维光子晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对中心波长的全方位反射.     

含负折射率材料的一维光子晶体禁带特性

运用光学传输矩阵和色散关系理论,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的禁带特性,发现了一种新型带隙—零平均折射率带隙。与传统的Bragg带隙相比,只要两种介质厚度的比例保持不变,这种零平均折射率带隙的边缘频率,与光子晶体的晶格常数无关,并利用一个等效的传输线模型得出了带隙边缘频率的数学表达式,解释了这个性质。     

利用含负折射率材料的光子晶体实现角度滤波器

利用光子晶体的共振隧穿效应，并结合由负折射材料引起的零平均折射率带隙，设计出一种新型的角度滤波器，使得对于某一频率范围内的入射电磁波仅在特定入射角度的波能够全透，而其他角度的波不能透过.这将在微波器件乃至光学器件上有广泛应用. 关键词： 光子晶体 负折射率材料 共振隧穿     

含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性

利用传输矩阵法研究了正负折射率材料构成的异质结构光子晶体的光学传输特性。结果表明:当入射波正入射时,在这种异质结构光子晶体内出现了光子带隙,并且带隙内出现了3个极窄的透射峰,这是正负交替光子晶体和常规材料构成的同周期一维异质结构光子晶体所不具有的新颖物理特性。计算了这种异质结构光子晶体的透射谱。发现:这3个透射峰不敏感于入射角的变化,而在带隙两侧的透射峰则会随着入射角增大统一向带隙靠近;能带敏感于晶格厚度和周期数的变化。     

含负折射率材料的一维光子晶体缺陷模式的研究

采用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

含负折射率材料的一维“啁啾”光子晶体的透射谱

将"啁啾"函数引入到含负折射率材料的一维光子晶体中,利用转移矩阵法对这种光子晶体的透射谱进行了研究。通过计算模拟了这种光子晶体的透射谱随入射角、频率的变化关系,并计算了这种晶体的复有效折射率的表达式。结果表明,当"啁啾"函数对厚度调制不大时,该晶体具有很宽的反射带,并且反射带对入射角度反应不敏感,其原因是由于其复有效折射率的实部几乎为0,而虚部较大。利用这一特性可以用来制作高品质的宽带全方位反射镜。     

混合复消色差透镜组的设计原理

通过对混合复消色差透镜组的像差分析导其结构参数的求解方程，根据计算机模拟结果发现，二元光学元件以正透镜为基底和以负透镜为基底时单色像差状况大体相当，但以正透镜为基底时色球差要小得多。     

从几何光学研究负折射率透镜的有限尺寸效应

从几何光学理论证明了,在左手系材料(负折率材料)透镜中存在完善聚焦的概念。当该透镜的尺寸可以认为是无穷大时,该透镜是无几何像差透镜。进一步考虑了有限透镜孔径对成像面上成像质量的影响,模拟结果表明:成像面上亮度对比度分布不均匀;且随着透镜孔径大小与厚度的比值减小,像的对比度将会增加。     

含负折射率介质非线性Bragg腔的双稳态特性

研究了含负折射率介质一维光子晶体非线性Bragg腔的透射特性、光学增强和双稳态特性.对负折射率介质无色散和有色散非线性Bragg腔及由两种正折射率介质构成的非线性Bragg腔的透射谱、光学增强、缺陷模的线宽、入射光的红移量、双稳态开关阈值进行了比较.含负折射率介质的非线性Bragg腔可显著增大腔内光学增强效应,降低缺陷模的线宽、入射光的红移量和双稳态开关阈值.     

双凹厚透镜曲率半径和折射率的测定

观察双凹厚透镜的球面反射成像,利用这一实验现象结合物像公式测定双凹厚透镜前后表面的曲率半径和折射率。利用两次球面反射成像可求出双凹厚透镜的曲率半径,两种方法可比较。对于薄透镜,这种方法可以修正在实际测量中忽略透镜厚度所产生的误差。     

光子晶体线缺陷波导中的折射率相位移调制增强效应

在传统的基于全内反射原理的低折射率比介质波导所构建的相位移调制型光学器件中,调制区域的长度通常在毫米到厘米量级.由于器件横向尺寸保持在微米量级,因此狭长结构成为了传统光波导器件的典型特征,这限制了光学器件集成度的提高,严重制约了集成光路的进一步发展.光子晶体的出现为高密集成光路的发展提供了一条新的途径.本文使用平面波展开方法计算了光子晶体线缺陷波导中的色散曲线.研究发现:在色散曲线下边缘处,材料折射率的一个微小变化可以引起传输常数的较大变化,如果工作频率点选择在带下边缘附近,则可以大幅度减小相位移调制型器件调制区域的长度.本文使用时域有限差分方法进一步验证这种增强效应,计算结果表明,对于0.46%的折射率变化,光子晶体线缺陷波导中的相位调制长度仅为均匀媒质中相位移调制长度的11.7%.通过以进一步研究,这种增强效应有望应用与高密度集成光路.     

含负折射率缺陷的一维光子晶体的杂质带

利用传输矩阵方法研究了含负折射率缺陷的一维光子晶体的透射谱.以19个周期的1/4波堆存在3个负折射率缺陷的光子晶体为例进行了数值计算.结果表明:如果改变缺陷的折射率,缺陷模之间的耦合作用将发生改变,带隙中形成的杂质带也随之改变; 当这个折射率取适当值时,在禁带中出现多个尖锐的透射峰,与正折射率缺陷构成的杂质带不同.     

Calculation of Refractive Index Changes from Thermal Lens Fringes using Continuous Wavelet Algorithm

Thermal lens fringes are obtained on the nile-blue/ethanol solution by illuminating it with a He–Ne laser in a Mach–Zehnder interferometer. The refractive index change distribution of these fringes is calculated by using two different continuous wavelet transform (CWT) algorithms. It is concluded that the CWT-phase method works better than the CWT-gradient algorithm for the analysis of thermal lens fringes according to theoretical results.     

凝视型长波红外折衍混合光学成像系统设计

设计了一套折衍混合凝视红外热成像光学系统.该系统工作波段为8~12 μm, F数为1,全视场达12°, 总长140 mm,两个透镜均采用锗材料。衍射器件制作在第二片透镜的凸面上，可以采用金刚石车削技术进行加工．该系统成像质量接近衍射限并且相对折射系统更好地校正了色差.     

红外折射/衍射超常温光学系统

设计了折射/衍射混合减热差红外光学系统,仅使用硅和锗两种材料.设计结果表明,此系统具有良好的减热差和校色差作用,在-80～200℃温度范围内不仅得到接近衍射极限的成像质量,而且结构简单,体积小,重量轻.     

Multi-order diffractive optical elements for achromatic interconnections at 1.30 μm and 1.55 μm

We propose a class of diffractive components allowing free-space optical systems to operate at the two telecommunication wavelengths simultaneously. These are fifth order diffractive components working at the sixth order at 1.30 μm and at the fifth order at 1.55 μm. Simulation results showing the link efficiency between two single-mode fibres as a function of the wavelength are presented. The width of the two transmission windows depends on the architecture of the whole system, which must be designed in accordance with technological realizability.     

Imaging properties of photon sieve with a large aperture

We report the optimization design and experimental results for the imaging properties of a photon sieve, which is formed on a layer of metal film supported by a thin glass substrate. As an example, we considered a micro-optical element with parameters of diameter D=50 mm, 3,564,290 hole number, and 10 μm minimum micro-hole diameter, which was designed and fabricated by means of surface machining technique in the lab. To evaluate its imaging performance, both on-axis and off-axis imaging experiments were carried out using the element. Compared to a Fresnel zone plate lens with the same feature size, the photon sieve has super imaging performance. Some quantitative analyses and initial qualitative explanations were given for the imaging characteristics.