面向光栅介质的立体地形景观生成方法

提出一种基于单张地形影像及其对应的数字地形模型,采用光栅制作生成祼眼可以观察的立体地形景观模型的方法。该方法采用三维透视变换原理,结合重采样算法,可以得到任意多幅可满足立体观察的影像。试验表明该方法简便有效,可满足实际生产需求。

基于硅介质光栅的片上太赫兹波源

随着太赫兹技术的快速发展,人们对太赫兹技术在通信、光谱学和传感方面的各种应用越来越感兴趣。太赫兹技术发展与应用的基础是高性能的太赫兹源,传统的太赫兹源体积大且需要高功率电源驱动,难以适应集成太赫兹技术的发展,迫切需要研发新机制的微型太赫兹源。本文研究了一种新型微型化自由电子太赫兹辐射器,基于自由电子与其在光栅介质波导结构中激励的太赫兹波的互作用,实现太赫兹波的激励。这项研究为开发高效的片上太赫兹辐射源和拓展先进太赫兹应用提供了新的选项。

基于可拉伸反射基底介质超光栅的太赫兹增强吸收谱

提出了一种利用纳米银浆作为反射层的可拉伸介质超光栅的亚波长增强结构,在指纹谱检测时可以有效提升待测物周围的局域场而实现超宽带太赫兹吸收谱信号增强。当太赫兹波以一定角度照射到可拉伸弹性衬底介质超光栅上表面时,对衬底进行一系列拉伸,不同的拉伸因子激发出一系列导模共振,对应的介质超光栅响应曲线上的谐振峰频率覆盖0.46~0.61 THz。选择0.2~1.0μmα-乳糖薄膜作为待测微量分析物时,各拉伸因子对应的谐振峰幅度随待测物的吸收谱大幅度改变,其包络线组成的吸收谱峰值比没有介质超光栅周期结构时,最多增强111倍。该基于金属基底的可拉伸微结构为微量分析物的太赫兹高灵敏度检测提供了一种新的有效方法。

亚波长介质光栅导模共振研究

从平板波导的本征值方程出发,导出弱调制介质光栅共振位置的表达式,其预测结果与利用严格的耦合波理论所得值一致·对正入射时导模共振产生双反射峰现象进行解释,并就导模共振对入射角和光栅周期敏感性的成因进行了探讨·从薄膜的特征矩阵方程出发,在理论上分析了利用导模共振获得性能良好的反射滤光片的途径·

基于多层电介质光栅光谱合成的光束质量

基于电介质光栅的光谱合成是实现高功率高光束质量激光的重要途径.在电介质光栅的光谱合成系统中,光栅色散效应是影响合成激光光束质量的重要因素.本文推导了单光栅和双光栅光谱合成系统中由于光栅色散引起M^2因子的变化公式;详细讨论了这两种合成系统中单路激光线宽、单路激光光斑半径、相邻两路激光波长差、相邻两路激光间距以及光栅周期对光束质量的影响.研究表明对于单光栅合成系统,在合成过程中若保持光束质量M^2因子的大小不变,则单路激光带宽随光斑半径的增加而减小;在双光栅光谱合成系统中,在保持光束质量的前提下,单路激光带宽可随光斑半径的增大而相应增加.数值计算表明,若要满足合成光束的光束质量M^2≤1.2的要求,在单光栅系统中激光带宽需窄于亚纳米量级,在双光栅系统中激光带宽可为亚纳米.本文为高功率、高光束质量的光纤激光光谱合成系统的搭建提供了理论指导.

用亚波长正弦介质光栅设计1/4波片

采用扩展边界条件法 ,得出亚波长正弦介质光栅正入射反射型 1/ 4波片的结构参数。发现在一定精度范围内TE波与TM波的相位差能够在一段较大的槽深区域满足设计要求 ,从而降低了实际控制刻蚀深度的难度。讨论了线偏振光转化为圆偏振光的方位角问题。

1维介质光栅近场及其衍射的FDTD分析

应用FDTD方法计算了单色平面波斜入射时1维介质光栅的近场,进而求出介质光栅的衍射效率。借助于周期边界条件,整个计算区域为周期结构的一个单元。考虑入射波在两种介质界面上会产生反射和透射,故在总场边界上引入入射波、反射波和透射波。给出了光栅单元截面为矩形和梯形的算例。该方法可用于斜入射情形下具有复杂结构和任意单元截面的介质栅近场及其衍射特性分析。

MEI方法分析介质光栅对平面波的绕射

本文首次用ＭＥＩ方法分析了任意形状的介质光栅对平面波的绕射作用，针对周期性结构的特点，利用周期空间的Ｇｒｅｅｎ函数完成ＭＥＩ方程的建立。利用有限差分方程处理单元介质分布不均匀的情况，数值结果验证了方法的正确性。

任意面形介质光栅的衍射特性分析

采用严格耦合波理论(RCWA)和多层近似法,详细的推导了任意面形介质光栅的衍射问题,得出了其矩阵求解方程,并采用增强透射矩阵法来避免直接求解带来的数值不稳定,提高了计算效率。使用该方法对梯形光栅进行了数值计算,结果表明采用严格耦合波理论和多层近似法,可以方便、有效地求解任意面形介质光栅的衍射效率问题,计算中光栅在不同参数下衍射效率的总和严格等于1,且未有数值不稳定性问题。

金属介质膜光栅衍射特性研究

叙述了严格耦合波分析方法的理论框架,基于严格耦合波分析方法编制了金属介质膜光栅数值模拟程序。以-1级衍射效率优于97%的光谱宽度为评价函数,通过计算机优化分析,设计了一种金属介质膜光栅。在TE偏振模式下,能够在以800 nm为中心波长100 nm以上的光谱宽度内获得97%以上的衍射效率。

高衍射效率金属介质膜光栅的设计及性能分析

基于严格耦合波理论,分析了金属介质膜光栅的衍射性能,以-1级衍射效率为评价函数,研究了表面浮雕结构分别为HfO2和Si O2材料的金属介质膜光栅,获得衍射效率优于99%的结构参数。数值计算表明,当顶层光栅结构为HfO2和Si O2的槽深分别为80nm和225 nm时,在1 053 nm处获得接近100%的衍射效率。

多层介质膜光栅用高反射镜的严格耦合波分析(英文)

基于严格耦合波和增强透射矩阵的方法,提出了一种数值稳定的求解多层介质膜光学特性的机理模型.利用该模型计算了多层介质膜光栅用高反射镜的优化设计膜系.使用电子束热蒸发方式制备的多层介质膜光谱特性和理论设计的结果符合得很好,该严格耦合波模型是分析介质膜光学特性有效的稳定的数值求解方法.

介质光栅/金属薄膜与银立方体复合结构的SPs研究

理论设计了介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构,通过有限元方法数值模拟计算了该结构中的超高电场增强因子.使用442nm波长的激光作为表面等离子体的激发光源,研究不同尺寸银纳米立方体的消光谱以及不同光栅周期和厚度的反射光谱,得到的该复合结构的最优参数为:光栅周期312nm,厚度90nm,银纳米立方体70nm.在最优参数条件下,数值模拟了复合结构中的电场增强分布,介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构由于存在局域表面等离子体和传播表面等离子体的共振耦合,使得光栅脊与银纳米立方体下顶点接触处热点的电场增强因子高达1.53×106.该复合结构产生的超高电场增强因子,有望应用于表面增强拉曼散射的研究.

亚波长介质偏振分束光栅的衍射特性

采用严格耦合波理论并结合矩阵LU分解法,分析了亚波长介质光栅的刻槽深度、占空比、入射角、入射波长等参数对TE偏振和TM偏振0级衍射效率的影响。结果表明:在1550 nm波长处,出现瑞利反常现象。由此提出利用瑞利反常现象设计工作波长为1550 nm的偏振分束光栅,通过优化设计确定了最佳设计参数,即光栅周期为λ0/2,瑞利入射角为30°,刻槽深为0.9λ0,占空比为0.5。结果表明,参数优化后的偏振分束光栅可以使TE偏振0级反射波和TM偏振0级透射波同时达到近100%的衍射效率。

亚波长介质光栅的闪耀特性分析

采用严格耦合波理论与矩阵LU分解法,求解了亚波长矩形介质光栅的衍射场,给出了TE和TM偏振波的耦合波方程组及其矩阵形式.通过数值计算分析了TE和TM偏振波的入射角、刻槽深度、入射波长等参量对+1级衍射波衍射效率的影响.结果表明,当Λ=0.5λ0,θ=55°,d=0.38λ0,λ=10.6μm时可以实现对TE偏振波+1级的闪耀,衍射效率达到近90%,同时具有较宽广的角度适应范围.

全介质光栅在太赫兹波段的光调控特性

采用激光直写技术在100μm厚的Si衬底上制备了全介质光栅结构,利用近红外光抽运-太赫兹探测(near infrared pump-Terahertz probe)技术对该全介质光栅在THz波段的光谱响应及其光调控特性进行了测试,最后结合电磁仿真结果,对米谐振(Mie resonance)的形成机理和光调控机理进行了解释并对调控光作用下全介质光栅的电导率数值进行了估算.研究结果表明:在光栅与THz偏振垂直的情况下,该全介质光栅在0—1.0 THz范围内有3个典型的米谐振峰且谐振模式各不相同;随着调控光功率的增加,3个谐振峰的谐振强度出现了不同程度的减弱,其中第一个谐振峰的光调控幅度达到50%以上,调控光作用下米谐振强度的减弱是由于光生载流子对入射THz波的吸收和散射导致了介质光栅内部感生电磁场减弱引起的.上述工作对全介质超材料在THz波段的共振特性研究和相关光调控器件的研制具有重要参考价值.

电场的增强作用对介质膜光栅损伤形貌的影响(英文)

研究了电场在介质膜光栅结构中的增强效应对其抗激光损伤阈值的影响.使用傅里叶模式方法计算了电场在介质膜光栅浮雕结构内的分布.数值分析表明:电场在介质膜光栅中增强的最大值为入射光的2倍,其最大的位置出现在相对于入射光对面的光栅槽侧壁。实验测试介质膜光栅样品在1064nm和12ns,51.2°和TE偏振光入射时,其抗激光损伤阈值为6.61J/cm2.对损伤形貌进行扫描电镜精确分析,发现介质膜光栅的初始损伤产生于电场在介质膜光栅内增强最大的位置处.

亚波长正弦介质光栅椭偏特性的研究

作者使用椭偏理论并结合扩展边界条件法 ,得出亚波长正弦介质光栅的椭偏参数 .分析了两个椭偏参数的特性 。

基于多层介质膜光栅的谱合成系统光束特性分析

针对多层介质膜光栅在光束谱合成系统中的应用,利用光线追迹方法,建立了基于多层介质膜光栅的谱合成系统光传输模型.多层介质膜光栅引入的相位调制包括浮雕表面上光程差与浮雕结构光程差两部分,且受到光栅槽深、占空比和光束入射角等因素的影响.利用衍射积分方法和光束非相干叠加原理,计算模拟了基于多层介质膜光栅的谱合成系统的合成光束光强分布.在此基础上,利用强度二阶矩方法分析了合成光束的光束质量,并讨论了多层介质膜光栅的槽深、占空比和制作误差等因素对合成光束特性的影响.结果表明:改变多层介质膜光栅的槽深和占空比以及中心光束入射角会影响合成光束能量,但不会影响合成光束的光束质量,合成光束的光束质量始终保持与单个子光束的光束质量相当;多层介质膜光栅的制作误差对合成光束的光束质量和能量均存在明显影响.

提高多层介质膜脉宽压缩光栅阈值的清洗方法(英文)

采用HPM溶液(盐酸、双氧水和去离子水的混合液)结合氧等离子体对多层介质膜脉宽压缩光栅进行清洗研究。用X射线光电子能谱检测光栅表面的元素成分及其原子含量的变化。实验结果表明,氧等离子体处理能有效去除光栅表面残留光刻胶和碳氟化合物;再经HPM溶液清洗,反应离子束刻蚀和氧等离子体处理过程产生的金属污染物被进一步去除。经过上述清洗工艺处理后,光栅一级衍射效率仍保持在95%以上,光栅表面激光诱导损伤阈值达到1.6J/cm2(1053nm,10ps)。实验结果说明了氧等离子体和HPM溶液相结合能有效清洗多层介质膜脉宽压缩光栅,并显著提高光栅损伤阈值。