一种长波红外宽光谱长波通滤光片的优化设计

长波红外宽光谱长波通滤光片是光谱成像技术中重要的光学元件。论述了设计长波红外宽光谱长波通滤光片的设计原则和方法,并对这种长波红外宽光谱长波通滤光片优化设计进行了研究。根据等效折射率理论,以周期性对称膜系为基础,使用压缩透射区内波纹幅度的部分膜层优化方法,设计了满足性能指标要求的长波红外长波通滤光片。经过优化,所设计的长波红外宽光谱长波通滤光片,高透射波段内平均透射率大于90%,最低透射率高于85%;截止波段内平均透射率小于1%,最高透射率低于5%。研究表明,用部分膜层优化方法设计的膜系,膜层结构简单,有利于膜层厚度的监控,既能克服全自动优化方法给工艺上带来的困难,又弥补了解析法设计膜系时不能调整光谱特性的不足。     

缺陷光学厚度对对称结构一维光子晶体透射谱的影响

在A层为双正和双负介质情况下,用传输矩阵法理论研究缺陷层的光学厚度对对称结构一维光子晶体（AB）mC（BA）m透射谱的影响,结果发现：在无缺陷情况下,不论A层是双正还是双负介质,禁带中心均出现超窄频带单透射峰,具有传统对称结构光子晶体透射谱的特征;当中间插入光学厚度等于四分之一中心波长的双正缺陷C后,两者的单透射峰一分为二,且双负情况下两透射峰之间的距离较大;当缺陷C的光学厚度为二分之一中心波长时,双正情况下禁带中心出现单透射峰,双负情况下则出现三条透射峰;当缺陷C的光学厚度等于中心波长时,双正情况下出现三条透射峰,而双负情况下则出现五条透射峰。对称结构光子晶体的透射谱随缺陷光学厚度变化的规律,可用以设计可调性超窄带滤波器。     

厚度递变结构一维光子晶体的缺陷模研究

光子晶体的许多应用与缺陷模相关,研究缺陷模可为光子器件的设计提供参考.利用传输矩阵法,研究了光波在包含掺杂缺陷的厚度渐变准周期结构一维光子晶体中的传播规律,分析了缺陷层的位置和光学厚度对缺陷模的影响.结果表明,在准周期结构光子晶体引入缺陷,光子晶体禁带中也产生了缺陷模;随着掺杂缺陷层位置和光学厚度的变化,缺陷模的位置和共振透射峰也随之变化.     

机械可调一维光子晶体

设计了机械可调的一维光子晶体，它由沉浸在空气中的多层高折射率介质构成．通过数值计算验证了这种晶体的可调性．计算结果表明，均匀改变介质层之间的距离，会使带隙的位置发生变化；如果改变某空气层的厚度，会在光带隙中产生缺陷态，缺陷态的位置随该空气层的厚度的改变而改变．这种调节方法具有快速、非破坏性、连续调节等优点，     

单负材料光子晶体异质结构的双通道滤波

通过传输矩阵方法,研究了单负材料光子晶体异质结构的双通道滤波特性.结果表明相比传统的双通道滤波结构,该结构中两个滤波通道频率可以单独调整,而不影响另一个通道.同时,两个滤波通道频率位置对入射角的变化不敏感.当考虑单负材料损耗时,损耗仅仅影响透过率的大小,而双缺陷模频率位置,即滤波通道,则不受影响.该特性对设计全方向双通道滤波器具有潜在的应用价值.     

适用于波分复用器的高性能滤光片设计

本文讨论了适用于波分复用器的高性能滤光片设计方法.所设计的滤光片通带透射率大于99.98%,阻带反射率也大于99.99%.同时还发现,截止滤光片的膜层厚度灵敏度较小,带通滤光片的膜层厚度灵敏度较大.因此,应将带通滤光片的膜层误差控制在1%以内.由于偏振的影响,入射角应小于15°.     

复折射率介质一维光子晶体的透射特性

设计一种缺陷层为复折射率介质的一维光子晶体,并利用量子传输矩阵计算光波的透射率.结果表明:缺陷层为复折射率介质结构的光子晶体,其缺陷模个数随缺陷层厚度的增加而增加,缺陷模位置随常规介质厚度的增加向波长较小的方向移动.     

含Kerr缺陷函数型光子晶体低阈值双稳态的对比研究

运用非线性传输矩阵法对比研究含Kerr缺陷余弦函数型和Sinc函数型光子晶体的光学双稳态.结果表明,选取中心层为Kerr缺陷层的对称结构可以大大降低双稳态阈值;在缺陷层光学厚度不变的前提下,减小中心缺陷层线性折射率而增大两侧介质层周期数均可以实现更低双稳态阈值;研究还表明,在介质层光学厚度相同的前提下,介质层折射率分布函数选取余弦函数形式较Sinc函数形式能够实现更低阈值.     

三重对称光子晶体表面波的研究

【目的】推导三层对称膜(ABA)n结构可以等效为一层膜的情况。【方法】通过MATLAB编程模拟得到了共振吸收峰,并通过改变组成光子晶体的材料的介质参数,分析了其对表面波的影响。【结果】给出等效光导纳和等效相厚度的公式,并讨论三层对称结构的表面波存在的色散关系。【结论】当A,B层均为正折射率材料时,(ABA)n型光子晶体能带和禁带的位置和宽度随nB/nA的比值而改变,且共振吸收峰的数目及位置也同样随之而改变。     

“金属—电介质”干涉滤光片的研究

本文报导了“金属——电介质”干涉滤光片的研究结果。文中叙述了此种滤光片提出的物理思想。并从实验上对金属干涉滤光片,“金属——电介质”干涉滤光片做了比较。着重研究了对称的七层和十一层“金属——电介质”干涉滤光片。分析了控制精度对透过主峰位置的影响。研究了“金属——电介质”干涉滤光片的时效。列举了制备不同波长的干涉滤光片所需要的颜色玻璃的牌号(卡去次峰)探讨了提高滤光片指标的途径。     

Ti注入硅合成硅化物层精细结构分析

Ｔｉ离子注入硅化物已能得到特性优良的硅化物薄层，采用了深度分辨率高的掠角背散射和沟道技术发现注入层是３层结构，表面～１２０ｎｍ为合成的连续硅化钛多晶薄层，在该层中晶格无程度达到４０％～５０％，中间层厚度约为２００ｎｍ的高密度的晶格损伤区，晶格损伤率在硅与硅钛界面处最高，其值可达到７７％，并且随深度的增加而下降；第３层则是低密度晶格损伤层，束流密度的变化对晶格损伤率有一定的影响。     

Resonant tunneling properties of photonic crystals consisting of single-negative materials

We studied the resonant tunneling properties of one-dimensional photonic crystals consisting of single-negative permittivity and single-negative permeability media using transfer matrix methods. The results show that there exists a pair of resonant tunneling modes in this structure. The separation of the pair of tunneling modes can be tuned by varying the ratio of thicknesses of the two single-negative layers or the thickness of the defect layer. The electric field intensity of the resonant tunneling modes increases rapidly with the increase of the ratio of thicknesses of the two single-negative layers. The peak value of the field intensity of the resonant tunneling modes is enhanced by one order of magnitude when the ratio of thicknesses of the two single-negative layers increases by 0.4. This property will be applied widely in the field of nonlinearity optics. With the increase of the ratio of thicknesses of the two single-negative layers, the electric field of the tunneling modes becomes more localized, and the full width at half maximum of the tunneling modes becomes narrower. Besides, the pair of tunneling modes is insensitive to incident angle and thickness fluctuation. These properties will be used for the design of tunable omnidirectional double-channel filter with high quality factor.     

一维光子晶体的缺陷模式研究

利用传波矩阵方法,计算了电磁波在带有缺陷的一维光子晶体中的传波。数值计算表明,在只有一个缺陷层时,缺陷模式频率与缺陷层在光子晶体中的位置无关,当有两个缺陷层出现时,缺陷模式频率与缺陷层在光子晶体中的位置是有关的。另外,计算也表明,缺陷模式频率对缺陷层材料的折射率变化是非常敏感的。     

含单负材料的光子晶体的缺陷模和透射谱

用传榆矩阵法分析了由2类单负材料组成的含缺陷一维光子晶体的缺陷模及透射谱。结果表明：当缺陷为一层单负材料时。零有效相位带隙中出现2个缺陷模,且缺陷模的频率可通过缺陷层的厚度和2种单负材料的厚度比来调节。当缺陷为1组单负磁导率材料和单负介电材料组成的双缺陷时,通过选取合适的参数满足平均磁导率和平均介电常数都为零时,带隙中未出现缺陷模,而且带宽保持不变,带边电场也随着双缺陷厚度的增加而被强烈的局域。     

非对称勾形磁场的三维优化设计与实现

根据坩埚内熔体对流的类型和分布区域,分析控制对流对勾形(cusp)磁场磁感应强度和磁场位形分布的要求,提出了磁场优化设计目标。采用有限元三维(3D)建模法对cusp磁场进行了建模,利用所建立的模型对比了对称结构和非对称结构对磁场位形分布的影响,分析了在非对称cusp磁场线圈横向层数一定的情况下磁场纵向层数、屏蔽体厚度、上下线圈间距对磁感应强度、磁场位形、磁场功率的影响,优化了磁场结构;根据优化的结构参数制造了磁场并进行了实验测试,结果表明非对称cusp磁场的位形分布与设计结果一致,从而验证了3D优化建模方法的有效性。     

含负折射率材料的一维光子晶体中的全向缺陷模

发现由正、负折射率材料交替堆叠构成的一维光子晶体中的零平均折射率(zero-n)带隙中的缺陷模具有3种类型的角度色散,分别为正色散、负色散和近零色散。利用近零色散特性可实现全向缺陷模,此缺陷模的频率在任意角度下均保持不变。研究了具有近零色散的缺陷模与光子晶体的结构参数之间的关系。通过改变光子晶体的结构参数,对缺陷模的近零色散进行优化,实现了分别对应TE波或TM波的单偏振全向缺陷模。此外,发现全向缺陷模的频率不对应光子晶体平均折射率为零的频率,全向缺陷模为光子晶体器件(如全向滤光片)的设计提供了新的思路。     

中国书画颜料颜色仿真与存储方法研究

在虚拟绘制中,基于Kubelka-Munk颜色光学理论,提出了一种中国书画颜料颜色仿真新方法,其主要思想是:根据颜料R/G/B三颜色通道的遮盖力(c)和单位厚度颜料在黑背景下的反射率(Rb)计算得到颜料各颜色通道吸收系数(K)和散射系数(S),通过K、S和宣纸反射率计算得到宣纸上有效厚度为d时颜料的反射率(Rd),根据该反射率与下一层颜料的K、S和d计算得到两层颜料合成时的反射率,依此类推得到多层颜料合成时的反射率,将该反射率转换成颜色亮度值(R,G,B),从而得到宣纸上多层颜料合成时的颜色(RGB).在此基础上提出一种颜色存储方法,通过存储宣纸上颜色(RGB)实现对绘制结果的实时存取和显示.所提方法已成功应用于基于力反馈技术的虚拟绘制系统中,较好地仿真了植物色与矿物色在颜色合成中的不同特征.