光子晶体环形谐振腔异质结构超微多路光分束器

基于直波导和环形谐振腔的耦合特性,设计了一种新型、高效的二维光子晶体异质结构光分束器.时域有限差分法模拟表明,该设计仅仅通过改变介质柱的折射率,使光场发生重新分布,便可实现输出能量的均分或自由分配.在通信波长范围,该设计结构尺寸小、分束角度大、分束率高,这些特性使其在光通信领域具有重要的应用前景.     

基于低温共烧陶瓷的毫米波-太赫兹基片集成波导过渡结构

在微波电路系统中,电磁波由一种传输介质进入另一种传输介质所带来的不连续性等问题会极大地影响系统的传输性能,这一直是设计微波电路所要关注的重点问题.当电磁波频段进入毫米波和太赫兹频段之后,如何实现电磁波从金属矩形波导接口到介质基板的高效、低损耗传输,是实现毫米波太赫兹通信系统的关键所在.本文设计了一种基于低温共烧陶瓷的基片集成波导-矩形波导过渡结构,通过阶梯渐变结构来改善传输性能、拓展带宽,并在此基础上设计了用于馈电网络的一分二过渡结构,引入空腔结构来降低损耗并拓展带宽.这两种结构都具有结构简单、易于加工的特点,可在W波段或D波段实现良好的传输特性,具备一定的频带普适性.在频率较高的D波段加工制作了测试基板,测量了其传输特性以验证该结构的实用性,其测试结果表明:该基片集成波导过渡结构可在126—149 GHz或112—139 GHz的频带内实现良好的传输特性;一分二过渡结构可在132—155 GHz的频带内实现良好的传输特性.     

利用集总LC元件实现频率选择表面极化分离的特性

基于电磁局域谐振的路谐振理论, 将集总LC器件加载到工字形周期阵列中, 设计了一种新型频率选择表面极化分离结构. 利用等效电路法分析了不同极化时该结构的作用机制, 并采用全波分析法研究了极化方式、入射角度和集总参数对其传输特性的影响.结果表明: 所设计的结构在6.37 GHz附近具有良好的极化分离特性; 在0°–40°扫描范围内, 横电(TE) 和横磁(TM) 极化下结构传输特性均保持稳定; 通过调控集总元件LC值, 该结构在保持 TE极化方向传输特性不变的同时, 可以实现对TM传输特性的独立调节, 使设计更加灵活.该结构为极化分离器以及极化波产生器的设计提供了借鉴. 关键词： 频率选择表面 极化分离器 集总电容 集总电感     

一种新型的光子晶体偏振光分束器的设计

基于光波在直波导和复合结构光子晶体中的传播特性,结合平面波展开法和时域有限差分法,提出并讨论了一种新型的超紧凑的光子晶体偏振光分束器. 它是由输入波导,分束结构和输出波导三部分组成. 对这种结构的三角晶格光子晶体光分束器的数值计算与模拟结果表明,该结构可以实现TE模和TM模的高效大角度分离,并且在通信波段设计尺寸小,这些特性使其在未来的集成光回路中有着重要的应用前景. 关键词： 偏振光分束器 能带结构 平面波展开法 时域有限差分法     

基于异质结界面优化的光子晶体二极管单向传输特性研究

基于光子晶体异质结结构的全光二极管是目前的一个研究热点,使其具有更好的单向传输特性是研究的一个目标.本文中通过改变异质结界面处的光子晶体结构,提出了不同的优化设计方案,在宽频带内实现了高对比度全光二极管的高效率单向传输,并且该结构还具有分束特性.     

基于一维金属-介质周期结构的偏振分束

分析了一维金属一介质周期结构的能带特性,根据一定频率范围内TM波(磁场方向与界面平行)在结构中的负折射以及TE波的正常折射,提出了一种偏振分束器件.利用传输矩阵法(TMM)模拟了该结构对入射高斯光束的偏振分束作用,讨论了不同入射角度下的偏振分束能力,并结合实际金属参量,分析了金属层吸收对结构特性的影响.结果表明该结构在55°附近入射时有最好的性能;在吸收作用下结构偏振分束能力有一定的减小,TM波透射比发生了较大变化,TE波效果较好;随着周期数增加,结构透射比下降,但分光能力显著提高;在工作波段上随着波长增大,金属层吸收对器件的影响减弱.该结构能实现宽波段、宽角度、较高透射比的偏振分束.     

基于介质与铁氧体的通阻捷变磁可调频率选择表面设计研究

提出了利用介质陶瓷和铁氧体材料构建可调型带通频率选择表面的设计思路.在C波段波导模式下通过仿真设计出高介电常数方形柱状结构,优化后使其产生宽频的负介电常数,基于等效媒质理论对该结构通阻特性进行分析研究,其传输禁带的产生途径在于介质中产生了具有类Drude谐振形式的电单极子.在相同的仿真环境下对铁氧体结构进行设计优化,调节外加偏置磁场,使铁磁谐振在相应的频点发生,产生负磁导率.利用负介电常数与负磁导率的"双负"特性规律,将两种结构进行组合,协同优化,使电磁谐振相互耦合,实现通带特性.C波段波导模式下的分析表明,两种结构在同一个频点电磁谐振耦合,可以实现"双负"通带的传输效果.在由于铁氧体的磁可调特性,通过改变外加偏置磁场,该通带可以在6—8 GHz范围内可调.对电磁场矢量分布状况和等效参数提取结果进行了数值分析研究,确定了电磁耦合的性质和形成机理,充分验证了这种方法的可行性.对该结构材料样品进行加工,并测试验证,最终实验结果与仿真结果基本一致,实现了"双负"通带的可调.该方法拓展了频率选择表面的设计思路,可用于设计多通带、可调谐频率选择表面.     

紧凑型图像复分光谱成像系统光学设计及优化

从图像复分光谱成像系统的图谱输出理论模型出发,对已有16波段系统进行改进,研究了大相对孔径和结构紧凑型系统.模拟实现了16波段成像的整体设计与优化,对棱镜分光易造成图谱图像区域混叠问题进行了分析.采用光谱成像系统匹配结构形式,利用Zemax-EE的多重结构特性,设计了视场为±1.25°,相对孔径达到1∶3,系统结构尺寸约为220mm的图像复分光谱成像仪系统,且各个波长光学传递函数值均大于0.75.与已有等同空间分辨率的16波段图像复分光谱成像系统比较,所设计系统结构紧凑、衍射极限和通光能力明显改善、光谱质量大幅提高,可满足小型化需求.该研究为新型快照式光谱成像技术的理论研究和图像复分光谱成像仪的光学系统设计提供了依据.     

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...     

方形半环半槽双频带太赫兹滤波器的设计研究

基于频率选择表面中方形环与槽,设计了单面半环半槽的新型太赫兹滤波器.运用等效电路法对滤波器的频率响应特性进行了理论分析并进行数值仿真.结果表明:该单面互补结构具有双频带阻的滤波特性,中心频率分别为0.4406THz、0.7942THz,透过率分别为0.549%、0.909%,带内抑制佳,最大衰减分别达到38.74dB、38.59dB,在入射角为±30°范围内具有稳定的频率响应特性,通过改变结构参数可以使双阻带中心频率独立可控.与单环或单槽结构相比,该滤波器单面互补结构能够产生更多谐振频带的特点,为多频带传感器,太赫兹通信技术提供了理论基础.