嵌入式三色光变器

为了提升现有导模共振防伪光变器件的性能,设计了一种基于ZnS覆盖膜的一维单周期矩形结构三色光变器.当自然光入射角为45°时,可在0°,58°,90°方位角分别获得相应的蓝、绿、红三色反射峰,对研究结果进行了物理解释.分析并提出了该器件周期、槽深、膜厚以及入射角变化对反射峰的影响规律,对器件的设计、制作和测试有重要指导作用.三色光变器基于简单结构实现方位角调节的自然光三色光变效果,可运用传统激光全息产业的模压和蒸镀工艺进行制作,在光变图像防伪领域有重要应用.

简单结构超表面实现波长和偏振态同时复用全息显示新方法

本文基于衍射光学设计理论,提出了仅用一种简单结构实现波长和偏振态同时复用全息显示新方法.构建了不同入射条件下超表面微元的结构参数与透过相位之间的映射关系,建立了科学的评价函数,优化得到超表面每个像素点处最优的单一结构超表面微元尺寸.仿真结果表明,本文设计的超表面实现了波长为532 nm的x线偏振光和波长为633 nm的y线偏振光入射显示不同形状字符的功能.

三层衍射神经网络实现手写数字识别

光学衍射神经网络(optical diffraction neural network,ODNN)以光波作为计算媒介执行神经网络的逻辑分析与运算功能,具有高速度、低功耗及并行处理的优势.本文设计了一种仅有三层相位调制的ODNN,提出了基于目标空间频率一级谱分布提升ODNN的数字识别性能的方法,经优化获得了系统最优的像素大小、衍射距离,以及最佳的三层相位分布.设计的ODNN对MNIST手写体数字集识别准确率达到了95.3%,高于文献中采用五层衍射神经网络实现的准确率91.75%(Lin X,Rivenson Y,Yardimci N T,Veli M,Luo Y,Jarrahi M,Ozcan A 2018 Science 3611004),且精简了系统结构.结合ODNN高速度、低功耗的优点,提出的基于频谱分析方法有利于提高ODNN的性能,使ODNN在边缘计算领域有巨大的应用潜力.

长红外双波长共聚焦超透镜设计研究

本文提出并设计了一种由简单微元结构组成的超透镜,可同时实现长红外双波长共聚焦功能.基于广义斯涅耳定律和传输相位调制机理,通过建立科学评价函数选取最优的微元结构排列组成超透镜.设计结果表明,该超透镜实现了波长为10.6和9.3μm的双波长共聚焦,且具有较高聚焦效率、聚焦光斑接近于衍射极限,并定量分析了超透镜微元结构参数冗余度,得到其对聚焦效率的影响趋势.本文设计的超透镜有望满足长红外光学共聚焦系统集成化、微型化的需求,在激光外科手术、工业切割焊接等领域有着重要的应用价值.

基于光影图像获取光照信息的研究与实现

为了解决现有方法在获取光照是否为直射光且强度是否达到或超过一定值这两个光照信息时存在的问题,提出了一种基于计算机Matlab程序的图像处理,从光照形成的光影图像中自动获取上述光照信息的方法。分析了光影图像的特征与光照信息的关系,在实验室条件下拍摄了网格光影图像;用Matlab语言设计了处理程序并应用于获取该光影图像对应的光照信息。结果表明:该方法能较准确地自动获取光影图像的特征值及实际光照信息,且程序运行稳定,避免了现有方法的不足。

硅薄膜太阳能电池中硅纳米线形状对光吸收率的影响

为了研究硅薄膜太阳能电池中硅纳米线阵列的光吸收率,利用耦合波分析理论(RCWA),分别研究了按正方形排列的柱形、锥形、柱锥形间隔等3种形状硅纳米线阵列对光吸收率的影响。通过改变3种形状硅纳米线阵列的周期、占空比,分别计算其对应的光吸收率,从中优化得到吸收效率最佳的硅纳米线结构参数,并通过光吸收效率η对硅纳米线结构的光吸收率进行定量分析。结果表明,在一定范围内适当增大硅纳米线结构的周期和占空比,能使得吸收率曲线往长波段处移动,并能有效地增加其光吸收效率η;不同硅纳米线形状获得最大吸收效率时对应的结构参数也不同;3种形状硅纳米线阵列中以锥形硅纳米线的光吸收率最佳。

金属光栅结构对表面等离子体共振的影响

为了在表面等离子体共振(SPR)传感器中提高信噪比、灵敏度等,需要使光波尽可能多地和表面等离子体波(SPP)相耦合。主要研究了如何通过改变金属光栅结构以增强SPR共振峰从而提高其SPR传感器的灵敏度。在选定一维矩形光栅面型的基础上,通过改变光栅结构及面型参数,寻找入射光波与表面等离子体波耦合度最大时的面型参数值。将基本光栅面型函数分解展开并逐项分析其对表面等离子体共振的影响,针对已优化的一维矩形金属光栅面型函数,分析其傅里叶展开式中各项对等离子体耦合的贡献,以期为进一步寻求光能量最大耦合的物理本质提供分析支持。

金属光栅对表面等离子体波的辐射抑制研究

对金属光栅进行严格耦合波理论计算,得到了780和1500 nm波长入射光条件下不同光栅调制深度(20—80 nm)对应的反射谱.根据Fano理论推导了描述反射谱线的经验公式,最后应用有限元法计算光栅表面近场电场分布,验证了公式的正确性.反射谱线公式反映出光栅耦合表面等离子体的各个物理效应,其中最重要的是反映出光栅在某一调制深度下对表面等离子体反耦合的抑制作用,这一发现为设计光栅能量约束器件提供了物理依据.