亚波长导模共振滤波器的研究概况

基于导模共振效应的亚波长滤波器具有高峰值效率、宽窄带以及低旁带等特点,是一种性能优良的滤波器结构。简要介绍了导模共振滤波器的基本理论、分析方法和一维双层亚波长光栅结构,从可调谐、多通道以及彩色滤光三个应用方面总结了导模共振器件的研究进展,并分析了关键技术和技术难点。阐述了该器件的重要研究意义和应用价值。     

一种导模共振窄带宽的平顶滤波器设计

鉴于导模共振滤波器具有高峰值反射率、低旁带反射、窄带以及带宽可控等优良特性,采用亚波长光栅的导模共振效应设计了一种平顶滤波器.通过将亚波长光栅与类法布里-珀罗腔结合使用,实现了窄带宽平顶滤波的效果.基于严格耦合波分析方法和等效介质理论,使用FDTD软件对光栅衍射效率进行了仿真分析.仿真结果表明,平顶滤波器在1130 n...     

法诺光栅的共振特性研究

针对亚波长光栅的共振特性,设计了一种基于法诺共振的亚波长光栅并研究了其共振特性。利用光学模拟软件FDTD Solutions对该光栅结构进行数值模拟,在可见光波段,对影响光栅性能的周期、折射率、占空比等光栅参数进行了研究,从而得到了一种共振强度高、谱线精细、共振峰位置可控的法诺共振谱线。该研究成果可用来研制1 nm精度的光谱滤波器。     

亚波长光栅的衍射效率

本文使用矢量衍射理论一严格的耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率进行了数值计算，得到在不同光栅参数时亚波长光栅的衍射效率，对影响光栅衍射效率的各个光栅参数分别进行分析，讨论了光栅在光栅参数变化时的衍射特性，给出衍射效率随光栅各个参数的变化曲线。由结果可知亚波长光栅的衍射效率随光栅槽的深度以及光栅占空比有着规律性的变化，选取不同的光栅参数就可得到完全不同的衍射效率，这样就为设计出所需要的光栅滤波特性提供了制造依据。     

闪耀透射光栅衍射规律的分析和验证

基于标量理论研究了不同槽形角,不同刻线密度的透射式闪耀光栅对使用波段的影响,推导了闪耀透射光栅的衍射光能量分布规律。分析证明了透射闪耀光栅在衍射能量最强方向上衍射光的衍射角与入射光的入射角之间的关系满足Snell定律。给出了入射角、衍射角与槽形角之间的关系式,研究了不同刻线密度和槽形角条件下衍射光能量分布的规律。对闪耀透射光栅进行了测量和比较,结果表明:已有闪耀透射光栅测量的结果与理论计算数据相吻合。制备了聚二甲基硅氧烷(PDMS)可调谐闪耀透射光栅,应用研究的理论公式测量了该闪耀透射光栅在拉伸与自由状态下的闪耀波长和光栅刻线密度,结果显示其波长测量误差在5nm以内。拟合了光栅的等效槽形,验证了实时监测PDMS光栅槽形和刻线密度随拉力大小变化的规律。     

彩色钙钛矿太阳能电池的Fano微纳砷化铝光栅模拟设计

针对彩色钙钛矿太阳能电池的美学特征,对该太阳能电池的纳米级色彩调节进行了研究.利用Fano共振原理以及在钙钛矿太阳能电池中采用Fano微纳砷化铝光栅结构,模拟出了不同色彩的钙钛矿太阳能电池.模拟结果表明,调节Fano微纳砷化铝光栅结构的周期和槽深,可控制钙钛矿太阳能电池的反射峰位置和峰宽,并且峰位的控制精度达到了1 n...     

基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅传感解调系统寻峰算法对比分析

设计出一种基于可调谐F-P滤波器的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感解调数据采集与处理系统.为了尽可能提高光纤光栅传感器的精度,分别采用质心法、三次样条插值法、最小二乘法、高斯多项式拟合法等对数据采集系统获取的原始信号数据进行光纤光栅波长寻峰算法研究,并分别将拟合结果与光谱仪测量波长数据进行比较.结果表明,高斯多项式拟合法精度和稳定性较好,且能满足实时性要求.     

超声椭圆振动切削闪耀光栅的三维形貌建模及控制方法

针对超声椭圆振动切削纳米级闪耀光栅工艺中光栅三维形貌难以精准预测及控制的技术难题,提出囊括合成切削轨迹、刀具三维几何特征及工件材料属性的光栅三维形貌迭代更新预测方法,并综合考虑最小切削厚度效应及后刀面与已加工表面间强犁压相互作用对其的影响规律。以间距为1μm,闪耀角为12°,高度为106 nm的理想光栅三维形貌为例,实现了基于上述方法设定相应工艺参数组合的光栅三维形貌确定性加工。试验结果显示光栅间距,闪耀角及高度的加工误差分别为1.1%,4.1%,15.0%,表明了所提出光栅三维形貌控制方法的可行性与准确性,并讨论了进一步提高加工精度的技术路径。此外,展示了累计切削行程超过10米后刀具切削刃区域无明显磨损,所加工光栅质量也并未随切削行程增加而出现恶化。     

宽波段金属光栅设计中闪耀波长对光栅异常的补偿效应

给出适用性强、工艺上易于实现的单闪耀面宽波段金属光栅设计新方法。基于Rayleigh异常和共振异常两种不同的光栅异常机理,分别讨论了它们出现的条件,在光栅电磁场理论的基础上,数值分析了TE波、TM波闪耀波长的分布规律,发现了闪耀波长与光栅异常、光栅光谱范围的关系,提出了用TM波第一闪耀波长补偿Rayleigh异常或共振异常实现制作宽波段金属光栅的设计思想。同时,指出了TM波第一闪耀波长对Rayleigh异常的补偿效应,只是它对共振异常的补偿效应的极限情况。给出了将补偿效应应用于紫外可见分光光度计、近红外分光光度计和红外分光光度计用不同刻线密度宽波段金属光栅的设计实例。补偿效应法无论在理论设计上还是在工艺实现上都要优于传统的宽波段金属光栅设计方法,它可以使得用于各个波段上的宽波段金属光栅衍射效率都在40%以上。     

基于严格耦合波理论的亚波长光栅优化设计

亚波长衍射光栅的衍射效率不但与入射光的特性有关,而且与光栅结构和折射率等参数有关。采用严格耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率公式进行了推导,对不同光栅结构参数(周期、槽深,占空比)和光栅脊、槽的折射率的亚波长衍射光栅的衍射效率进行了数值计算并用MatLab软件进行仿真模拟,光栅槽深与周期的比值为0.425,占空比为0.507,并且光栅脊、光栅槽的折射率为2.37时,得到具有最佳滤波和衍射效果的亚波长光栅的优化结构。     

非连续线性啁啾取样布拉格光栅型多信道光纤滤波器的设计

介绍了一种基于取样布拉格光纤光栅获得多信道光纤滤波器的方法。通过设计一种非连续阶梯型啁啾取样的布拉格光栅结构,可以分别实现单个信道宽度为50,100和200GHz的光纤滤波器。光纤滤波器的每个信道的宽度几乎完全相同,具有平顶、峭沿和高透射率特点,相邻信道间隔离深度超过28dB,平均插入损失不超过0.1dB,3dB带宽内相位响应起伏在5～30ps。利用介绍的方法制作具有相应非连续线性啁啾系数的全息相位掩模板,易于制作,成本低,重复性好。通过改变相应的光纤光栅参数,可以实现不同信道宽度的,性能稳定、可重复性高的光纤滤波器,在高速光通信系统以及光互连中有着非常好的应用前景。     

高频高频射效率H—PDLC体全息光栅的研究

H- PDLC体全息光栅可使光栅的衍射能量集中到非零级的衍射级次上 ,大大提高衍射效率。实验表明 ,不同的材料配方比例、干涉光夹角、PDLC的膜厚、曝光时间均对H- PDLC体全息光栅的衍射效率产生影响     

大型衍射光栅刻划机拉杆结构的分析与改进

由于大型衍射光栅刻划机刻划系统的双拉杆结构不能使其满足精度指标要求,本文设计了一套单拉杆结构。讨论了石英导轨分度方向弯曲误差产生的原因及其减小该误差的方法,分析和比较了两种拉杆结构的鞍型滑块的受力情况。基于材料力学弯曲变形理论,建立了石英导轨分度方向弯曲误差模型。在该模型的基础上仿真了双、单拉杆结构下刻划系统的石英导轨在分度方向上的弯曲变形误差。最后,使用双频激光干涉仪对石英导轨上的两个特征测量点进行了测量。测量结果显示:改进后的拉杆结构使得石英导轨在两特征测量点处的位移误差由50.36nm降低到小于10nm,满足大型衍射光栅刻划机刻划系统在分度方向上5~10nm的精度指标要求。     

以正交衍射光栅为计量标准器的二维微位移工作台

提出以正交衍射光栅作为X-Y二维位移工作台计量标准器的思想,阐述了正交衍射光栅作为大量程二维位置检测传感器的工作原理及光路布置方法,推导了光栅运动位移与所产生干涉条纹的相移之间的关系。介绍了工作台粗、细两级定位系统的组成结构:粗定位部分由磁悬浮平面直线电机驱动,细定位部分采用弹性铰支结构并由压电陶瓷驱动;通过分别对电机和压电陶瓷驱动范围与定位精度的分析,提出对工作台精密快速定位的方法。设计了一套对电机与压电陶瓷进行驱动控制和光栅信号进行处理的电路,并结合实际正交衍射光栅的刻线精度,计算了工作台位置检测的有效分辨率。最后,分析了当前几种典型压电陶瓷驱动电路的特点,提出选用直流放大电源的方式作为本系统高压驱动方法,并给出了高压驱动电路图。     

机械刻划长焦距凹面金属光栅的研制

对大曲率半径(即长焦距)金属基底凹面光栅的机械刻划技术做了研究。为了刻制长焦距凹面光栅,设计和研制了弹性顶针式光栅刻划刀刀架,它具有适用于刻划平面光栅和长焦距凹面光栅的双重功能。给出了描述光栅刻划刀圆弧形刀刃曲率半径与凹面光栅曲率半径、光栅口径、金刚石刀头横向尺寸之间关系的数学表达式,理论分析了光栅刻划刀圆弧形刀刃曲率半径的取值范围,研制了10.6 μm激光系统用曲率半径为30 m的凹面金属光栅。检验结果表明,光栅的槽形质量较好,光栅的衍射效率可达96.8%以上。     

两种封装的光纤光栅温度传感器的低温特性

介绍了光纤光栅(FBG,Fiber Bragg Gratings)温度传感器的两种封装形式。推导了两种FBG温度传感器的温度敏感因素并进行了实验验证。实验研究了两种FBG温度传感器在-70~0 ℃的中心波长低温变化特性,比较了相同条件下两种FBG温度传感器的实验结果。结果表明:细不锈钢管封装的FBG温度传感器的中心波长在-60 ℃时发生了突变,急剧下降;而镀金FBG温度传感器的中心波长在-70~0 ℃随温度线性变化,重复性较好并且几乎没有迟滞现象。两种传感器在线性变化区间的温度灵敏系数KT 分别为28.2 pm/ ℃和21.3 pm/ ℃,分别是裸光纤布拉格光栅的3倍和2.3倍,它们的线性拟合度都超过0.999。     

基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器

提出了一种基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器。以增量式时栅传感器为基础,将单对极与多对极相结合,整周多对极作为精确测量部分实现高精度,整周单对极作为粗略测量部分实现绝对定位。提出了一种分时复用反射电极结构,粗测部分和精测部分共用一组反射电极和接收电极,因此结构更加紧凑,便于小型化,同时动子无需引线,应用环境更广。通过分时间段对粗测部分和精测部分施加激励信号,并把不工作的电极接地,可以有效消除粗测部分和精测部分之间的串扰,保证测量精度。采用PCB技术制造了外径Φ=60 mm,内径Φ=26 mm的传感器样机。通过理论分析和结构优化,最终实验结果表明传感器的测量精度达到了±12″。     

Morphological, nanomechanical and cellular structural characterization of human hair and conditioner distribution using torsional resonance mode with an atomic force microscope

Characterization of the cellular structure and chemical and physical properties of hair are essential to develop better cosmetic products and advance the biological and cosmetic sciences. Although the morphology of the fine cellular structure of human hair has traditionally been investigated using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, atomic force microscopy can be used for characterization in ambient conditions without requiring specific sample preparations and surface treatment. In this study, the tapping and torsional resonance modes in an atomic force microscope are compared for measurements of stiffness and viscoelastic properties. The materials were mapped using amplitude and phase angle imaging. The torsional resonance mode showed advantages in resolving the in-plane (lateral) heterogeneity of materials. This mode was used for investigating and characterizing the fine cellular structure of human hair. Various cellular structures (such as the cortex and the cuticle) of human hair and fine sublamellar structures of the cuticle, such as the A-layer, the exocuticle, the endocuticle and the cell membrane complex were easily identified. The distribution and thickness of conditioner on the treated hair surface affects the tribological properties of hair. The thickness of the conditioner was estimated using force distance measurements with an atomic force microscope.