聚焦强度可调的高数值孔径的双焦点超透镜

基于超表面对光波的振幅、相位和偏振进行调控来实现聚焦与成像的超透镜受到广泛关注。设计了一种聚焦强度可调的高数值孔径的双焦点超透镜,并进行了理论分析和仿真验证。仿真结果表明,该超透镜能有效地将圆偏振入射光聚焦到半高宽为0.44λ的光斑上,对应的数值孔径高达0.95。此外,通过改变入射光的偏振态,可以灵活地调制两个焦点的相对强度,而不同于以往的双焦点超透镜需要对光强进行重新组合。更重要的是,当圆偏振光入射时,它的聚焦效率可达65%,可适用在0.8~1.2 THz的较宽频率范围和0°~20°的入射角内,同时该工作为多焦点超透镜的设计提供了重要思路,也将在多成像系统、光学层析成像技术等许多领域具有较高的应用价值。     

多光谱红外超像元光电探测器

美国专利US2004/0108564 (2004年6月10日公布) 在军事应用中,多光谱光电探测器可以用来探测经过伪装的目标和区分不同类型的目标。 本发明提供一种用于探测四个以上不同波段红外辐射的多光谱超像元光电探测器。该超像元光电探测     

电磁超表面透镜的前沿成像应用进展

电磁超表面是电磁超材料的一种二维形式,它由许多亚波长结构单元按某种特定规律排列形成,可以实现对电磁波相位、偏振和振幅的任意调控。与传统光学器件相比,它具有超薄的厚度,其小型化、紧凑化、易于集成等优点在光学系统中具有广泛的应用前景,掀起了国内外的研究热潮。文中首先从超表面的波前调控原理入手,对电磁超表面透镜成像机理进行了阐述,接着介绍了电磁超表面透镜在成像应用中的一些前沿进展,最后进行了总结,并对其未来的发展方向进行了展望。     

基于半嵌入结构的超透镜共聚焦特性

设计了一种1∶1比例的半嵌入全介质超透镜,该透镜能够实现不同窄波段的共聚焦特性。采用时域有限差分法对不同高度和晶格常数下纳米单元的相移进行了数值分析。基于惠更斯-菲涅耳原理,构建了1环(半径为7.7μm)和3环(半径为13.5μm)的超透镜,并对比分析了它们的聚焦特性。在3环设计下,当波长为600 nm、线偏振光时,超透镜的焦距离设计目标偏差约为2.2%,焦点半高全宽为1.1μm,聚焦效率达到68.28%。此外,还对650～490 nm波段内的超透镜色散进行了分析,并得到了650～550 nm波段内100 nm带宽和550～490 nm波段内60 nm带宽的恒定共聚焦焦点,这是由于焦深的存在所导致的。所设计的超透镜结构具有偏振不敏感、亚衍射极限聚焦、变焦和窄波段共聚焦的特性,在超分辨率、光路复用、彩色成像等领域具有潜在的应用价值。     

近红外波段偏振无关型反射超透镜的设计

近些年,超透镜受到了广泛关注。文中提出了一种基于金材料的近红外波段偏振无关型反射超透镜,该超透镜采用MgF₂材料作为电介质层,利用FDTD软件实现仿真设计。仿真结果表明:超透镜在不同偏振光入射的情况下具有相同的聚焦效果,入射波长在700~850 nm 的范围内,具有较好的聚焦效果。入射波长在750 ~800 nm范围内单焦点聚焦效果最好。当入射波长为800 nm,该超透镜可以分别实现单焦点和多焦点聚焦,其单焦点、双焦点和三个焦点的焦距分别为9.6、6.6 和 4.7 μm。可以利用该超透镜的特点实现不同的聚焦要求。     

多光谱、超光谱成像技术在军事上的应用

对多光谱、超光谱成像技术的原理、特点,以及二者之间的区别和联系等技术问题进行了较为详细的讨论,并重点列举了该项技术在军事上的应用,较全面地介绍了多光谱、超光谱成像技术在军事应用中的使用方法和研究状况,以及成像光谱仪器的发展水平和有关技术,并对该技术的发展趋势进行了展望。     

并列多焦点二元光学透镜

对菲涅尔波带片进行切割及拼接后得到一种新的二元光学透镜（BOL）,在平行光照射时可产生2个或3个间距很小的并列焦点,可以用于多通道并行光存储,光通信,精密光学加工等方面。并用计算机模拟的方式研究了不同参数对结果的影响。     

并列多焦点二元光学透镜

对菲涅尔波带片进行切割及拼接后得到一种新的二元光学透镜(BOL),在平行光照射时可产生2个或3个间距很小的并列焦点,可以用于多通道并行光存储,光通信,精密光学加工等方面。并用计算机模拟的方式研究了不同参数对结果的影响。     

用于多光谱、高光谱和超光谱图像的算法

一、探测与识别 1.光谱子空间匹配滤波技术(特邀论文,A.P.Schaum,美国海军研究实验室) 2.配有超光谱自适应匹配滤波器的探测器:实际性能比较(D.G.Manolakis等,美国林肯实验室) 3.利用光学实时自适应光谱鉴别系统进行超光谱成像的自动目标识别系统(D.Gillis等,美国海军研究实验室) 4.定量研究长波红外超光谱成像器的探测性能随波段数的变化(R.T.Mayer,美国海军研究实验室)     

基于U型结构超构表面的光束偏转器和超透镜研究

利用超表面实现对光的操控是光学领域的研究热点之一。设计了一种U型单元结构,通过将结构以斜对称的方式放置并改变结构的几何参数,实现了透射光从0到2π的相移;采用线偏振光、左旋偏振光和右旋偏振光作为入射光,通过结构优化实现了具有偏振不依赖性的光束异常折射的光束偏转器,其折射角为22.4°,并探讨了超透镜的功能,为超表面的应用提供了参考。     

超表面透镜的宽带消色差成像（特邀）

超透镜是一种由二维亚波长阵列结构表面所设计的透镜,其对光场中振幅、相位和偏振的调控能力较灵活,同时具有低损耗、易集成、超轻薄等优点,近些年引起了科研人员广泛的研究兴趣。然而在大多数情况下,针对特定波长设计的超透镜会遭受较大的色差,从而限制了其在多波长或宽带应用中的成像作用。超透镜因其二维平面结构引入了新的自由度,在对色差的消除上体现了新的潜力。文中报道了多种不同的消色差超透镜设计及其消色差调控机理,并对现有的消色差超透镜从调制波段类型进行了分类,如对离散波长的和对连续波长的消色差超表面透镜,后者又可从工作模式上分类为透射型和反射型,最后介绍了超透镜阵列在成像上的应用以及其在大景深宽带消色差器件上的前景。     

基于柱透镜多旋转测量的计算成像

提出一种基于单柱透镜旋转调制的光学扫描成像系统,样品的完整波前信息可以通过柱透镜旋转调制的多幅强度图样迭代重建。此外,柱透镜的旋转角度作为该系统的一个关键参数,其值通过基于Radon变换的数值计算方法得到,摆脱了对高精度旋转设备的要求。该成像系统的可行性在仿真和实验结果中均得以验证。与轴向多距离扫描成像系统相比,该成像系统中各光学元件在轴向位置保持固定,数据获取速度得以加快且轴向采样率保持固定,不仅简化了光场重构中的算法设计,而且极大地加快了收敛速度。     

透镜模型下基于色散和强度传输方程的相位恢复技术

针对基于强度传输方程（Transport of Intensity Equation, TIE）的非干涉相位恢复技术要求光源是单色的限制,以及强度采集过程移动CCD或物体而引入的机械误差,提出了一种适用于透镜模型下的色散相位恢复技术。该方法基于透镜成像系统的相位变换特性,将色散与TIE结合在一起, 使不同波长的光经过透镜系统后在同一位置成像,从而在不机械移动的情况下获得聚焦和散焦强度图像。再利用散焦量与波长的关系结合TIE计算出物体的相位信息。模拟实验中用该方法恢复物体的相位与原始相位的相关性系数为0.970 7,均方根误差为0.061 8;同时真实实验对透镜阵列相位进行了恢复,实验结果与真实参数误差为1.74%,证明了所提方法的正确性和有效性。     

从单波段到超光谱--面向多维信息感知的红外光谱成像技术

从单一波段红外成像探测的截止波长及单波段探测的局限性讨论开始,介绍了红外光谱成像的基本概念,阐述了多色、多光谱、高光谱、超光谱成像在军事应用领域的用途和意义,并介绍了多通道、多色传感器及分光等实现光谱成像的技术手段以及国外发展情况,讨论了该领域的未来发展趋势。     

多光谱红外超像元光电探测器和成像器

本发明提供一种可探测四个以上不同红外波段的多光谱超像元光电探测器．该超像元光电探测器包括两个或多个亚像元光电探测器,每个亚像元光电探测器包括一个能在两个或多个相关红外波段共振的衍射共振光学腔．通过探测在施加两个或多个偏压时的红外辐射并产生各亚像元光电探测器在每个偏压值处的光谱响应曲线,便能够计算出对每个红外波段的响应．这种超像元光电探测器可用于军用和医学成像等方面,并能够覆盖一个很宽的红外光谱区域．     

多光谱、高光谱和超光谱成像技术与算法

1．用于目标探测的高光谱多路径测绘技术(A．P．Schaum,美国海军研究实验室)2．在杂波背景中识别三维物体(Y．Liu等,美国加利福尼亚大学)3．在高光谱图像中探测异常事物的新方法(P．E．Clare,英国国防科技实验室)4．把收集参数与物体／异常事物探测性能联系起来的光谱质量方程式(S．S．Shen,美国航空航天公司)5．用于高光谱目标探测与识别的整系统建模(J．M．Nothard等,英国QinetiQ)     

固体浸没式红外超表面透镜设计

红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度,通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同,因此在集成装配时需要额外的工艺手段,工艺难度较大且效率较低。利用微纳光学超表面技术体系,可以在红外探测器衬底材料上直接制作平面式的固体浸没型微透镜阵列,实现前置微透镜与红外焦平面的单片集成。文中以红外探测领域最有潜力的锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器为应用目标,设计了一种基于GaSb衬底的固体浸没式红外超表面透镜。设计的超表面透镜在中波红外波段工作,能适用于所有入射偏振。器件设计焦距为100 μm,理论上在目标波长下的最高聚焦效率达到70.7%,数值孔径(NA)达到1.15。该设计可以推动微透镜阵列向扁平、超薄、轻量的方向发展,简化微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成工艺,有望提升红外焦平面的探测效率,并降低制造成本。     

超表面透镜偏振可切换的多通道功能复用

超表面概念的提出为研究平面化和超薄的光学元器件提供了一种全新的设计思路。传统的几何相位型的超表面透镜受制于偏振锁定的限制,阻碍了其实现多功能的复用。文章提出了一种通过几何相位实现超表面透镜偏振解耦的方法。进一步,利用该方法作者实现了超表面聚焦透镜在纵向以及纵向和横向实现多通道功能（如聚焦光斑和聚焦涡旋）的复用和偏振可切换特性。相关研究为实现多功能可集成的平面化器件提供了新的研究思路。     

用于多光谱、高光谱和超光谱成像的算法与技术XII

第二部分 九、大气测量仪器、测量和预报 42．三年来从EOS AQUA卫星上的大气红外探测仪（AIRS）的高光谱数据中获得教训（H．H．Aumann等,美国喷气推进实验室）