亚波长之字形MIM等离子波导宽带滤波器

运用时域有限差分（FDTD）方法数值研究了一种亚波长之字形金属-绝缘体-金属（MIM）等离子波导结构的传输属性。之字形波导在连续两个拐角可向外延伸出1~4个短切口。每个切口独立构成一个谐振腔,谐振波长近似与切口深度成线性正比,而与切口方向无关。当任意一个切口满足谐振条件时,该波导结构在对应波长的透射率均趋近于0。随着同深度切口数目的增加,禁带波长区域逐渐展宽,形成一个良好的宽带滤波器。     

基于H型谐振器的L波段宽带高温超导滤波器设计

宽带的高节数高温超导滤波器一直是滤波器设计和制作的难点.主要原因是强耦合的设计要求使得谐振器间距过小,制作精度难以达到.本文使用H型强耦合谐振器设计和制作了中心频率1335 MHz、相对带宽28%的14节高陡峭度超导滤波器.H型谐振器具有耦合系数高和结构紧凑、对称的性质.高的耦合系数使得H型谐振器适合用于宽带滤波器的设计;紧凑、对称的结构使得高节数的高性能宽带滤波器的实现成为可能.高温超导滤波器在无调谐情况下测试结果为S21<0.33 dB,S11<-11.3 dB,带外抑制超过70dB,矩形系数达到1.3,测试结果与设计结果符合得很好.     

一种新型宽带可调谐光滤波器的设计

提出了一种由嵌入式环谐振腔和Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪组成的新颖带通滤波器,嵌套环是在环谐振腔的基础上,引入一个类似双线耦合环谐振器的外谐振环。依据耦合模理论推导出滤波器传递函数,并分析了环的光学长度、耦合系数和内外环长度比对其影响。模拟结果证明,通过改变结构参数,滤波器的中心波长和带宽可调,中心波长在1520nm~1600nm波段任意可调,带宽调整范围可达0.2nm~102nm。且保持输出波形有较高的平坦度和较低的旁瓣,可满足通信系统宽带及超窄带带通滤波器的设计要求。     

亚波长光栅衍射效率特性设计的遗传算法优化

亚波长光栅中的衍射需要使用矢量衍射理论进行分析,其衍射效率与多个因素有关,对任意面形、任意入射条件的亚波长光栅的衍射来说,使用严格的耦合波理论进行分析计算可以得到数值解。通过分析不同参数条件下的衍射特性和衍射效率对各个参数的敏感性,获得了对衍射效率影响最大的光栅参数——槽深。用接近衍射效率曲线的抛物线作为目标函数建立了适应度函数。使用遗传算法进行优化,得到了所期望的衍射效率滤波特性,从而完成了具有防伪功能的亚波长光栅的设计。     

亚波长介质光栅对单层过渡金属硫化物的发光增强

过渡金属硫化物单层具有直接带隙,可产生较强的光致发光,这一特殊的性质使其在光电器件、光电探测等领域具有广泛的应用前景.由于只有原子级别的厚度以及存在激子的非辐射复合,其光致发光效率仍有待提高.本文设计了一种金膜-二氧化钛光栅-过渡金属硫化物单层组合结构,可大幅提升过渡金属硫化物单层光致发光效率.利用Purcell效应对自发辐射速率进行控制,得到峰值为3.4倍的发光增强.研究了单层二硫化钨以及单层二硒化钨在设计结构上的光致发光信号,通过实验证实了过渡金属硫化物单层与亚波长光栅耦合结构中光致发光增强的可行性,为二维材料在光电器件中的应用提供了一个新思路.     

单层结构光纤布拉格光栅光谱特性研究

基于单模微纳光纤基模有效折射率色散方程和光纤布拉格光栅谐振方程,研究单层结构光纤布拉格光栅光谱特性,并用FH酸化学腐蚀法制得单层结构布拉格光栅.理论和实验结果表明:随着光栅半径减小,单层结构光纤布拉格光栅谐振波长蓝移,且谐振波长个数由5个减少到1个,直至最后完全消失;随着光栅外环境折射率的减小,截止半径缩短,当折射率降到1时,截止半径减为0.55μm.     

基于级联复合光栅的窄带平顶型滤波器设计

导模共振光栅作为一种重要的滤波单元,在光通信中有着广泛的应用.然而,普通的导模共振光栅的传输光谱为洛伦兹型,该类结构在高性能光纤通信系统中的应用受到限制.采用级联导模共振光栅可以实现平顶滤波响应,但是整个器件的体积较大,制作工艺复杂.此外,单一复合光栅结构难以直接实现窄带平顶滤波响应.提出了一种级联双层复合光栅结构以解决这一问题,利用严格耦合波算法和本征模式分析法分析了其输出光谱.仿真结果表明该滤波器的中心波长为1549.9 nm,其平顶光谱的线宽为0.5nm.     

基于亚波长光栅的高集成度垂直光耦合器

设计了一种基于亚波长光栅的具有高集成度、高耦合效率的垂直光耦合器,在1.5～1.6μm波长范围内实现了大于97%的耦合效率,且器件长度仅为15μm,是传统基于绝热拉锥波导的垂直耦合器尺寸的十分之一,提高了系统的集成度。在亚波长光栅占空比、拉锥波导尖端尺寸以及波导错位方面,所设计的耦合器均具有较大的工艺误差容限,在异质集成领域展现出了良好的应用前景。     

聚合物阵列波导光栅的大范围电-光波长调谐滤波器

从阵列波导光栅的光栅方程入手,分析了聚合物阵列波导光栅采用电.光效应进行波长调谐的原理,提出了具有单推挽结构和双推挽结构的电.光波长可调谐滤波器.并用Optiwave软件分别对无推挽结构和推挽结构波长调谐器进行了计算机仿真.结果表明:当外加电压从－100 V 增加到+100 V 时,前者的波长调谐范围约为5 nm,而后者中,单推挽结构的波长调谐范围为约10 nm,双推挽结构的波长调谐范围可达20 nm.     

基于遗传算法的PID控制器优化设计

遗传算法是一种模拟自然进化而提出的简单高效的优化组合方法。本文研究了比例-积分-微分(PID)控制器优化设计的性能指标的选择问题，介绍了遗传算法的基本原理，给出了利用遗传算法进行PID控制器优化设计的步骤。同时给出了一个用遗传算法进行单环系统PID控制器优化设计的仿真实例。仿真结果表明了遗传算法应用于PID控制器优化设计的可行性和有效性。遗传算法还克服了其它方法的某些弊端。     

一种级联马赫-曾德尔滤波器设计的新方法

级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器可实现平顶化的滤波器频谱响应,但是利用传统的传输矩阵法。并不能方便地得到级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器中各耦合器的耦合系数。将级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器与数字信号处理中的有限脉冲响应滤波器进行了类比,并将数字滤波器的设计方法引入到级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器的设计中,将滤波器的传输函数表示成为各耦合器耦合系数的显式函数,同时利用遗传算法,计算了对于给定的滤波器频谱响应,级联马赫—曾德尔干涉仪光滤波器中各耦合器的耦合系数。通过实例证明了利用数字滤波器的设计方法及遗传算法设计级联马赫—曾德尔干涉仪光滤波器,不仅可以得到理想的结果,而且可以提高光滤波器的设计效率。     

连续面型高效率光栅分束器件的设计

阐述了用虚源法设计连续面型光栅分束器件的原理 ,提出了一种局部搜索遗传算法 ,并将其用于优化器件的性能。局部搜索遗传算法结合了局部搜索算法和遗传算法的优点 ,可以有效地克服遗传算法的“早熟收敛”现象 ,具有更强的全局收敛能力。用文中给出的方法可以得到具有较好均匀性的、高衍射效率的连续面型光栅分束器件。     

可见-红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究

在光全散射法颗粒粒径测量中,采用独立模式算法在可见-红外波段对粒径测量范围进行了深入的研究。通过对多种R-R分布函数反演结果进行分析,比较,以确定光全散射法颗粒粒径测量范围。同时在消光系数计算中,采用修正的消光系数代替原始的消光系数,以便得到更准确的粒径测量范围。仿真计算结果表明,在可见-红外光谱区,相对折射率m=1.235时的粒径测量范围为0.05～18 μm。在此区域内测量粒径分布,反演结果与真值基本吻合。随着颗粒相对折射率、波长范围的变化,粒径测量范围也随之发生改变。采用限制最小二乘算法能够最大限度地克服随机噪声对测量结果的影响,使测量的精度和可靠性明显提高。对测量的消光值加入±1%随机噪声时,颗粒粒径分布的反演均能得到满意的结果。     

一种新的遗传算法交叉算子及其在GNSS星座选择中的应用

针对全球导航卫星系统（GNSS）星座选择的需要,分析了多星座卫星导航定位系统选星问题的数学描述形式,根据选星问题的实质要求,将选星问题转换为单约束组合优化问题。而在采用遗传算法求解诸如选星求解类组合优化问题时,由于其对1基因（或0基因）的数量有特别的约束要求,已有的一些交叉算子不能满足该约束要求。针对基因数约束条件,提出了一种新的交叉算子——变异交叉,新的交叉算子仅以1基因或0基因为交换对象实现交叉操作来产生原始后代、以变异作为辅助方式来实现后代的合法化。实验结果表明,所提出的交叉算子能有效应用于遗传算法实现多星座卫星导航定位系统选星求解,且运算量较少,可以实现简单、快速求解,满足实时选星要求。     

光纤中双宽带抽运SBS慢光及其脉冲展宽减小的理论研究

提出了一种单模光纤中采用双宽带抽运实现宽带受激布罩渊散射(SBS)慢光的方法.给出了双宽带抽运的SBS慢光及其脉冲展宽的理论模型.色散分析发现,两抽运光间存在一个最佳的频率间隔,可有效地减少由于群速度色散所引起的脉冲展宽.理论计算表明,该方案所获得的SBS增益带宽和信号脉冲群延迟分别提高到了相同条件下单宽带抽运的1.7倍和2倍.     

橙皮素电场作用的分子结构和红外光谱理论研究

橙皮素(HES)是一种二氢黄酮药物, 为研究在外电场(EEF)作用下, HES的分子结构和光谱的变化,利用密度泛函理论(DFT)以及6-311G(d,p)基组,在C2-C1方向施加EEF(-0.005～0.010 a.u.)并优化HES分子的基态几何构型, 研究了分子总能量、键长、红外光谱(IR)、偶极矩(DM)和HOMO-LUMO能隙。在优化结构的基础上,采用含时密度泛函理论(TDDFT),探究不同EEF对紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、激发态(ES)的影响。结果显示,无EEF时,HES分子中C1-O18和C2-C26间的单键都优化成了双键,转变为烯醇式结构,这样分子中更多的基团构成一个共轭体系,形成最稳定的结构。随着EEF的增强,分子总能量先升后降,DM则先降后增,键长的变化复杂。当正向负向EEF都增强时,由于HES分子中不同化学键的振动产生的IR吸收峰(AP),相应地出现了不同的频谱移动,各个AP的强度也有不同的变化。无EEF时, UV-Vis在223.6和262 nm处有2个AP,分别处于E₂带、K带。223.6 nm处的AP随着EEF的增大出现了蓝移(BS),当EEF大于0.002 5 a.u.谱峰消失;262 nm处的AP在正向EEF下出现红移(RS),吸收强度随EEF的增强呈现衰弱趋势,当EEF为0.01 a.u.时, 谱峰RS至283 nm,强度达到最小值5 889.64 L·mol-1·cm-1;在负向EEF下出现BS,且吸收强度均增强,在EEF为-0.002 5 a.u.时, 谱峰BS至261 nm,强度增至最大值为12 500.36 L·mol-1·cm-1。当正向负向EEF都增强时,分子的能隙和激发态能量(EE)均呈现减小趋势,说明HES分子易被激发而处于活跃状态。在无EEF时, OS均大于零, 表明能够被激发。当不断加强正向EEF时, ES的OS均先升高再降低; 在负向EEF下OS有复杂的变化。分析EEF下物质的分子结构和光谱, 将为探究橙皮素的药效对其进行电场解离提供理论参考。     

中心波长121.6nm的真空紫外窄带滤光片设计和制备

采用双半波法布里-珀罗(F-P)干涉滤光片结构设计了中心波长在121.6 am的窄带滤光片,其峰值透射率为6.78%,通带半宽度为10.7 nm.通过设计、制备和测量峰值波长在217 nm的滤光片验证了设计用到的光学常数和膜厚定标都比较精确.在此基础上制备了121.6 nm的窄带滤光片,到合肥同步辐射实验室测量的结果是中心波长在120.74 nm,峰值透射率为5.94%,通带半宽度为12 nm.可以看出实际制备的滤光片和预先设计的基本吻合但还是有一定的偏差,最后对实际测量的和理论设计的偏差进行了分析.     

一维光子晶体材料中的光学传输特性

研究了光在一维周期性介电材料中的传播特性,指出传统的高反膜只是光子晶体的一个特例,从而从光子晶体的角度对多层膜系的设计提出了一条新的思路,同时研究了材料的介电常数以及结构与高反带带宽之间的关系。最后通过在多层膜中引入掺杂（中间一层被另一种介质所代替）,得到第一能隙中掺杂模式的频率与掺杂材料的介电常数之间的对应关系,由此提出一种精确测量介质介电常数的方法。     

误差扩散法设计用于惯性约束聚变驱动器的色分离光栅-光束采样光栅集成元件

针对多次曝光法制作集成衍射光学元件时存在的加工制作复杂,会引入较大的对位误差等问题,基于计算全息中的误差扩散编码原理及部分相干光成像理论,提出采用误差扩散编码方法来设计用于制作浮雕结构集成元件的编码掩模的新方法。给出了利用误差扩散法设计的色分离光栅-光束采样光栅(CSG-BSG)集成元件编码掩模,模拟计算了经部分相干成像系统后的空间像光强分布,并与理想的集成元件面形进行了比较。结果表明,校正后均方差为7.5%,体积偏差为10.2%。