夹层嵌入式金属光栅偏振分束器的设计

为获得高性能的宽带偏振分束器,设计了夹层式金属光栅模型。应用遗传算法对光栅参数进行优化,设计出具有高消光比、宽带宽的偏振分束器。采用严格耦合波理论对其性能进行分析研究。模拟结果表明,该模型在波长范围900nm~1200nm之间,入射角-30°~30°,具有优良的偏振分束效果,衍射效率可达到95%以上。TE波反射效率和TM波透射效率最高分别可达到96.8%和97.5%,结构模型消光比高,TE波的反射消光比和TM波的透射消光比分别可达到37dB和33dB,该光栅结构简单紧凑,制作灵活且性能稳定。     

基于亚波长光栅消色差相位延迟器的研究

通过对亚波长光栅相位特性的研究,基于严格耦合波理论和遗传算法,设计了一种应用在光通信波段(1350~1750nm)范围内的亚波长光栅宽光谱消色差1/4相位延迟器,相位延迟量控制在90°±2°,衍射效率在80%以上。并对该光栅结构的工艺容差进行了分析,分析结果表明,所设计的光栅结构相位延迟量在合理范围内,符合工业生产相位延迟器的要求。     

基于亚波长金属耦合腔光栅的太赫兹传感器

提出一种亚波长金属耦合腔光栅结构的太赫兹传感器。采用亚波长矩形腔结构单元,设计了谐振腔级联耦合的金属亚波长光栅。利用谐振腔与光栅导模共振的相干耦合作用,产生高品质因数的类电磁诱导透明模,形成腔诱导太赫兹波异常反射现象。异常反射模表现出显著的局域场共振增强效应,大大提升太赫兹波对分析物的感测能力。数值仿真表明,太赫兹波正入射的传感灵敏度可达到6-22THz/RIU,品质优值可高达55-152,同时具有宽达50°工作角的太赫兹感测能力,可适应大孔径角太赫兹波束的传感操作。     

近红外光区一维光子晶体高反射镜的设计

研究设计了适用于近红外光区(1 000～2 000nm)且具有异质结构的一维光子晶体宽禁带高反射镜.选取TiO2和SiO2两种常见材料构造一维光子晶体的异质结构,采用传输矩阵的方法计算光子晶体的反射率;并通过数值模拟分析横磁波(TM)和横电波(TE)从空气介质中入射时光子晶体的反射谱.结果表明:设计的具有异质结构的一维光子晶体对TM波在0°～20°和TE波在0°～25°均有较高的反射率(大于0.999 98).设计的宽禁带高反射镜是为了适应可调红外气体激光器和半导体红外可调器谐振腔激光技术发展的需要,也可代替带宽窄、反射率低的传统反射镜应用于各种近红外光谱仪.     

光栅相移空间光桥接器研究

设计了适用于相干光接收系统的新型2×2的90°和180°空间光桥接器.其主要由4片光栅和可进行精密位置控制的移动器所组成,光栅衍射实现信号光和本振光的分光和合成,光栅的相对位移产生所需的相移.其具有体积小、重量轻和宽光谱使用的特点,和传统的2×2的90°空间光桥接器相比,更是具有不必损失50%能量的优点.     

基于严格耦合波理论的新型耦合光栅分析

针对波导全息平视器中一种新型的耦合光栅结构,基于严格耦合波理论数值分析了其衍射特性,同时对光栅的工艺容差进行了分析,计算了膜厚、槽深、周期与入射波长对耦合效率的影响.该光栅以波导板中内嵌的闪耀光栅锯齿面作基底,镀高折射率的膜层后,覆盖锯齿状的金属膜层.计算结果表明:对于波长532,nm的TE偏振光,空气中0°入射的一级衍射效率可大于90%;当空气中入射光的纵向角在[-8°,12°]、横向角在[-15°,15°]内变化时,一级衍射效率可大于82%且保持平稳.该光栅可在波导全息平视器中,对大视场成像光束进行均匀、高效的耦合.     

V 频段星载宽角扫描圆极化阵列天线设计

提出一种应用于V频段卫星通信的旋转圆极化阵列天线,阵元为圆极化微带贴片,其波束扫描状态天线轴比利用调整阵元激励幅度和激励相位的方法进行优化,从而保证该天线具备宽角扫描性能,建立8×8阵列天线模型,选取φ=0°、φ=45°平面进行仿真验证.仿真结果显示,60°扫描范围内优化后,天线在给定波束指向上轴比可实现0dB,波束指向60°时天线增益、副瓣电平及后瓣电平可分别实现18.7、-22.3和-12.0dB,比线极化单元形式分别提高4.0、2.4和10.1dB.该天线在宽角扫描状态具备优良的圆极化天线性能,能够较好地满足卫星通信应用需要.     

Ce:KNSBN晶体正交偏振写入光两波耦合特性

研究了Ce:KNSBN晶体在正交偏振光记录条件下体光栅的两波耦合特性.实验测量了两波耦合增益系数随泵浦光偏振方向与入射面夹角φ的变化规律,当夹角φ等于20°或160°时,光栅具有最大耦合增益系数.给出了增益系数随夹角φ变化规律的数值计算结果.数值计算结果与实验测量结果较好地吻合.     

超精加工分析用宽范围原子力显微镜的研究

介绍了一种用于超精加工分析用的宽范围原子力显微镜。其垂直方向和水平方向的分辨率可达ｎｍ级，测量范围可达１４０μｍ×１４０μｍ。采用了探头扫描方法和双扫描工作模式，扩大了这种测量方法的工程应用范围。给出了金刚石刀具钝圆半径与精密玻璃光栅和超精密抛光陶瓷的轮廓形貌的测量结果。     

斜向波浪作用下双层水平板式防波堤消防浪性能试验研究

基于物理模型试验,深入讨论了波浪入射角度、相对板宽、相对波高等因素对防波堤消浪效果的影响,并对不同影响因素下防波堤前后水域的波浪形态、透射、反射系数及波能衰减系数变化特征进行了比较和分析.试验结果表明,斜向入射波浪通过双层水平板防波堤传播过程中,防波堤前后水域的波浪形态与波浪正向入射时有显著差别:相对板宽B/L≤0.5、波浪入射角q0_0≥30°条件下,堤前波浪具有显著的三维波浪特征,能量方向分布范围可达60°–90°,但其主方向可保持基本与入射波浪方向一致;堤后波浪主波向与入射波方向有所偏离,表明双层水平板防波堤对斜向波浪有折射作用,0_0≥45°条件下,堤后波浪主要能量方向分布范围可达90°以上.就消防浪性能而言,波浪斜向入射时,与正向入射比较,波能衰减系数(能量损耗)有所降低,但反射系数有所增大.在波浪入射方向为0°–60°试验范围内,综合防浪效果以30°为最佳,其他方向入射时透射系数与正向入射比较差别约±15%左右.     

超精加工分析用宽范围原子力显微镜的研究

介绍了一种用于超精加工分析用的宽范围原子力显微镜．其垂直方向和水平方向的分辨率可达ｎｍ级，测量范围可达１４０μｍ×１４０μｍ．采用了探头扫描方法和双扫描工作模式，扩大了这种测量方法的工程应用范围．给出了金刚石刀具钝圆半径与精密玻璃光栅和超精密抛光陶瓷的轮廓形貌的测量结果．     

一维金属透射光栅的衍射偏振特性的研究

用时域有限差分法(FDTD)和傅里叶变换分别计算了TE、TM波入射时,一维金属光栅的夫琅和费衍射场分布,计算结果表明,当光栅常数小至波长量级时,衍射场明显与光的偏振态有关,而且衍射场分布与光栅周期和缝宽有关,标量衍射中的缺级现象消失.另外,在光栅常数大于波长量级的情况下,如果光栅的缝宽或不透明部分的尺寸接近波长量级时,衍射场也出现明显的偏振相关性.     

影响亚波长衍射光栅零级衍射效率的参数分析

结合亚波长光栅的实际制作工艺,使用耦合波理论进行计算,对影响亚波长光栅零级衍射效率的各个参数进行了全面的分析,排除影响较小和实际无影响的参数,着重对影响较大的几个参数进行分析计算,完成了具有所期望零级衍射效率特性的用于光变色防伪技术的亚波长光栅的设计和制作,样品光栅零级衍射效率的测量结果验证了理论计算结果.     

倍频光栅的莫尔条纹研究

用傅里叶频谱分析方法研究了横向莫尔条纹中一个光栅倍频时莫尔条纹的变化，论证了倍频光栅形成的莫尔条纹方向与等周期两RoncK光栅形成的莫尔条纹方向相同，其周期与两小周期光栅的莫尔条纹周期相同，其对比度随倍率的增加而减小的特点，呈现莫尔条纹效应的主要是等栅距光栅和二倍频光栅，介绍了产生倍频光栅的一些方法，如采用滤波的方法，消去光栅的0级衍射波，形成倍频光栅；采用球面波照明光栅，形成倍频的光栅的自成像等，举例说明了其应用，这些应用表明二倍频光栅莫尔条纹可使结构紧凑，测量简单，或使分辨率提高一倍。     

宽谱双向反射分布函数的测量

介绍了用于测量光散射数据的宽谱全向反射计,并提出一种宽谱双向反射分布函数(BRDF)的测量方法.该仪器使用一个宽谱白光光源、一个包含衍射光栅及二极管线阵的宽谱探测器,通过相对测量的方法获得了400~700 nm的BRDF数据.完成的宽谱全向反射计能够同时实现测量角度范围覆盖入射半球和发射半球的大部分,可对可见光谱段的高密度光谱取样和高效率的测量操作.对两个试样进行了BRDF测量,并给出数据,实验结果证明了系统的可用性.     

聚合物分散液晶体全息光栅在1550 nm波长处选择性模拟

介绍了制作体全息聚合物分散液晶光栅的基本原理.根据光栅的衍射特性计算公式,利用matlab程序对H PDLC光栅在中心波长为1 550 nm处的波长选择特性进行模拟,并且进一步实现H PDLC动态光强增益均衡器功能.计算结果表明,在光栅条纹法线同光栅表面法线的夹角为150°、光线入射角度为0°、光栅厚度为40μm、折射率调制为0.005时,光栅在1 550 nm处的衍射谱线半宽度能够达到10 nm.     

基于介质光栅导模共振的多频率点的单向通光

单向通光是指只允许光波从一个入射方向上通过,反方向入射时光波全部被截止。单向通光元件即光二极管是实现光计算、光互联等功能中非常重要的一个基本光学元件。本文设计并提出了一种可实现多频率点单向通光的光栅光学单通元件,其原理在于通过波矢匹配条件单方向地激发光栅基底层的波导模式共振,抑制光栅高衍射级的透射,从而获得光学非对称透射,并通过优化光栅结构参数进而获得单向通光的透射效果。时域有限差分方法模拟结果表明:在共振波长处,其正、反向透过率可以分别达到0%到90%,单透效果远远优于非对称金属光栅系统的单透效果。此外,该单透元件还具有结构简单,无吸收,对光波偏振态没有依赖等诸多优点,尤其适用于现代硅基纳米光子线路的集成结构。     

用衍射效率比测浮雕矩形光栅参量

基于矩形光栅的标量衍射效率公式,提出一种根据0级和1级衍射效率比来测量浮雕矩形光栅的刻槽深度和折射率的方法,并对衍射效率与刻槽深度和入射角的关系进行分析.对刻槽深度分别为2.90,1.01μm的熔石英离子刻蚀矩形光栅进行测量,从实验上验证测量方法的正确性.研究结果表明:通过测量透过光栅的0级和1级衍射光强比,可反演出矩形光栅刻槽深度和塑料光栅材料的折射率,所测量光栅刻槽深度和折射率的误差均小于1%.     

Determining the Relief Rectangular Grating's Parameters with the Diffraction Efficiencies Ratio

基于矩形光栅的标量衍射效率公式,提出一种根据0级和1级衍射效率比来测量浮雕矩形光栅的刻槽深度和折射率的方法,并对衍射效率与刻槽深度和入射角的关系进行分析.对刻槽深度分别为2.90,1.01μm的熔石英离子刻蚀矩形光栅进行测量,从实验上验证测量方法的正确性.研究结果表明:通过测量透过光栅的0级和1级衍射光强比,可反演出矩形光栅刻槽深度和塑料光栅材料的折射率,所测量光栅刻槽深度和折射率的误差均小于1％.     

双层局部非对称光栅的偏振无关宽带反射

为了满足光通信与传感系统发展对光反射器的偏振和带宽的性能要求,将局部非对称光栅与正交串联反射排布方式相结合,实现了具有超宽反射带宽的偏振无关反射.首先,基于局部非对称结构,在TM模式下使得光栅的四个泄露模式能够分布在更宽的光谱上,从而实现了反射率大于98%的宽达469 nm的单偏振超宽带反射.其次,利用正交串联排布方式90°的旋转对称性,设计形成双层光栅反射,在反射率大于97%时获得了492 nm的偏振无关宽带反射.最后,对串联光栅之间的间距进行了探讨,结果表明:非对称串联光栅不仅在大间距和特定的小间距下能够实现宽谱偏振无关的反射,考虑间距的改变,还可应用于光滤波器和光传感器等方面.