表面等离子体平面金属透镜及其应用

由于衍射极限的存在,传统光学透镜成像分辨率理论上只能达到入射光波长的一半。通过恢复和增强携带物体细部特征信息的高频倏逝波,基于表面等离子体的平面金属透镜有望突破这种光学衍射极限,实现超分辨成像。本文对平面薄膜式与纳米结构式两类平面金属透镜进行了综述,详细介绍了若干典型平面金属透镜的结构设计、工作机理及其聚焦性能,并对其特点与存在的问题进行了分析与讨论。由于光波在金属中传播时存在一定损耗,如何更高效地增强高频倏逝波信号并转换成传播波,使其参与成像,以更好地实现远场超分辨成像,以及如何进一步增大近场超高分辨率聚焦光斑焦深以及减小远场聚焦光斑尺寸,是表面等离子体平面金属透镜进一步研究的重点。     

金光栅/金纳米颗粒SERS基底的设计、制备及其性能

表面等离子激元（SPP）和局域表面等离子共振（LSPR）耦合产生的电场增强显著高于单纯LSPR引起的电场增强。因此一种新型高效的表面增强拉曼散射（SERS）基底是寄希望于在一种复合基底中实现SPP-LSPR耦合获得的。基于SPP-LSPR耦合机理,提出一种针对633 nm激光使用的金光栅/金纳米颗粒SERS基底的设计思路以及光栅和纳米颗粒的具体结构参数。为了验证设计方法的正确性,利用电子束光刻法和化学合成法分别制备了具有相应几何尺寸特征的金光栅和金纳米颗粒,并将它们复合在一起得到了光栅/纳米颗粒SPP-LSPR耦合型复合SERS基底,这个基底相比仅有金纳米颗粒制备的LSPR型SERS基底,在检测R6G溶液时浓度可以降低2个数量级,增强因子是后者的72倍,实验结果和时域有限差分（FDTD）法理论拟合的结果基本一致。     

近红外偏振无关超透镜研究

基于微纳结构对光波调控实现聚焦与成像的超透镜是目前国际上竞相发展的前沿技术。本文针对目前已报道的近红外超透镜偏振相关、系统复杂以及透过率低等难题,提出了一种偏振无关的近红外超透镜。以低折射率材料SiO₂为基底,高折射率材料Si圆形柱为相位调控单元,设计波长为1.31 μm。利用时域有限差分方法分析了近红外超透镜构建单元的光波调控特性,构建了构建单元的相位延迟特性曲线,探究了构建单元周期对光波透过率的影响规律,实现了构建单元的优化设计,并基于波前重构方程,设计出偏振无关的近红外超透镜。数值仿真结果表明:相位调控单元的相位延迟与透过率不仅取决于Si圆形柱半径、高度,而且与单元周期密切相关;基于分析的构建单元光波调控特性,设计的近红外偏振无关超透镜焦距仿真值为19 μm,与设计值较好吻合,透镜透过率达到65%。设计的超透镜不仅体积小、质量轻,而且为平面透镜,因此易于光学系统集成,在激光雷达、激光夜视等技术中展现出广阔的应用前景。     

水下声道中脉冲传播的WKBZ简正波方法

本文将ＷＫＢＺ简正波方法应用于水下声道中的脉冲能量和波形传播。文中分别给出在两种不同水下声道中的数值结果，并与精确简正波数值解进行了比较。数值模拟结果表明，ＷＫＢＺ简正波方法能精确地计算水下声道中脉冲声信号的波形，计算速度比传统的简正波方法提高近两个数量级。     

用调整边界层湍流系数的QNSE方案模拟夏秋季沿海大风的应用研究

利用WRF模式,采用YSU、QNSE边界层参数化方案以及调整参数后的QNSE边界层参数化方案（MQNSE）,对2009年7月梅雨个例、2015年苏迪罗台风以及2013年10月的近海大风进行了模拟试验,并对模拟结果进行对比检验,着重检验参数调整后的QNSE方案模拟沿海大风效果.研究结果如下：参数调整后的QNSE边界层参数化方法改进了对沿海风场的模拟效果,尤其是当风速小幅脉动时,参数调整后的QNSE方案较接近于实况风速的波动.通过登陆台风个例模拟试验和对沿海10个岛屿观测站的490个样本统计检验表明,参数调整后的QNSE方案较YSU和原QNSE方案的绝对误差（AE）和相对误差（RE）小,表明调整后的方案对海上风速模拟能力有了一定提高.在对连续1个月的沿海风场模拟试验对比中发现,参数调整后,海上过大的风速模拟值明显降低,模拟效果更趋近于实况.     

负跃层浅海中的脉冲声传播 *

利用具有波束位移的射线-简正波脉冲理论,计算了在典型的负跃层浅海中不同深度、不同距离和不同频率的带限信号波形,与实验中观察到的波形结构一致.在充分获得环境参数的条件下,浅海中信号波形的数值预报是完全可能的.     

理想负跃层浅海中脉冲波形的理论分析

随着信号处理技术的发展，对信道传输特性的研究与利用日益受到重视。多途传输是水声信道的基本特征。在典型的负跃层浅海实验中早已观测到脉冲信号具有规则的多途结构，用射线理论可以定性地解释所观测到的脉冲多途结构，但射线理论不能精确地获得脉冲的相位与幅度信息。本文利用具有波束位移的射线－简正波（ＲＭＢ）理论，计算了理想负跃层情况下带限信号的波形。为了检验本文方法的计算精度，我们用ＭＯＡＴＬ简正波算法计算了同一问题。比较表明，两种方法的计算结果是一致的，但本文方法的计算速度至少高两个数量级。研究表明，在跃变层情况下波束位移对于波形结构的计算起着关键作用。本文的结果进一步证明了具有波束位移的简正波衰减公式的正确性。利用本文方法研究了收发深度、距离、信号频率及海底参数对脉冲波形的影响。