Antireflective characteristics of hemispherical grid grating

In this paper, the optical characteristics of new type hemispherical grid subwavelength grating are studied by using multi-level column structure approximation and rigorous coupled-wave analysis. This kind of grating could be fabricated by chemical methods, thus simplifying the fab-rication technology of subwavelength gratings for visible light. By computer simulation and calculation, the hemi-spherical grid subwavelength gratings are proved to have antireflective characteristics. Two design schemes of this kind of grating are presented. In the first scheme, the grating could achieve a reflectivity as low as 3.4416×10?7, which can be adapted to 0.46―0.7 μm of visible waveband and ±12° incident angle field. In the second scheme, the grating can achieve a reflectivity as low as 3.112×10?4 and adapted to the whole visible waveband and ±23° incident angle field. The application field of the latter scheme is wider than that of the former. The results of this paper could provide reference for the applications of the hemispherical grid subwavelength gratings for the visible waveband.

利用严格模式理论分析光栅透镜的衍射特性

光栅透镜因其独特的光学性能而具有广泛的应用.根据光栅透镜的线宽和间距微小渐变的特点,建立了光栅透镜的物理模型,并利用严格模式理论对其衍射特性进行分析.该方法物理概念清晰、公式简洁.对光栅透镜实现谐波分离、聚焦功能时的衍射效率与槽深关系的计算结果表明,其计算速度快、数值计算结果准确可靠.并对加工误差的影响进行了模拟计算,说明了在当前的微细加工的工艺水平条件下,能够制作出满足ICF系统要求的光栅透镜.实验上制作了尺寸为100mm的大面积光栅透镜,其衍射效率的实验测试结果与理论计算结果一致.

二元位相型光栅分束器的改进设计方法

为改进传统分束光栅的设计中不考虑光栅的实际周期长度、光栅深度、基底厚度等因素对各透射级次光波振幅的影响,设计结果与实际制作光栅的分束效果相比差距较大的不足之处,基于矢量衍射理论,提出了光栅分束器的改进设计方法。改进前后的主要不同之处在于计算透过率函数时是否考虑光栅实际参数对入射光的影响。由于比传统方法的设计基础更严格,因而从与实验结果的对比情况看,改进方法提高了设计结果与实际情况的符合程度。

基于正则形理论的电力系统2阶模态谐振的研究

应用向量场正则形理论对电力系统2阶模态谐振现象进行了研究,并对发生2阶谐振时系统动态特性和稳定性所受到的影响进行了分析。在模态空间,从识别主导低频振荡模式出发,通过分析模式间的非线性相关作用以及模式和状态变量之间的非线性相关性来确定由谐振所强烈激励的状态变量和相关发电机。8机系统的算例结果验证了在模态2阶谐振情况下系统非线性振荡将加剧、动态特性和稳定性将变化的正确性。该方法揭示了以往稳定分析中没有触及的一些新问题,得到了一些新观点,为更深入地研究电力系统内部的非线性结构特性奠定了基础。

二元光栅衍射特性的矢量理论分析

根据麦克斯韦基本方程组，推导了描述二元光栅衍射特性的矢量理论分析方法——严格的耦合波方法，给出了ＴＥ、ＴＭ 两种偏振模式入射下的耦合波方程。应用该方法对二元位相光栅的衍射特性进行了分析，验证了该方法的收敛性及准确性。讨论了光栅周期、光栅深度、入射波入射角度等参数对光栅衍射特性的影响。

应用模态级数方法分析电力系统模态谐振

本文推出了一种分析电力系统模态谐振的方法———模态级数(modalseries)方法。用该方法求取2阶解析解不用解高维非线性代数方程,而且把谐振情况和非谐振情况的公式融为一体,推导容易,计算简单。在2阶解析解的基础上推导出了系统谐振时非线性相关因子的表达式。用该方法分析了简单电力系统中出现的模态谐振情况,获得了良好的效果,由此验证了本文所提出方法及谐振时2阶非线性相关因子的正确性。

基于模态辨识的原油含水率智能组合测量模型

为提高原油含水率宽量程在线测量的精度,采用一套基于多传感器的油水两相流实验室模拟系统对影响其测量的多个敏感参量进行测定,提出基于粗糙集预处理器、支持向量机分类器和遗传神经网络预测器的原油含水率智能组合测量模型.实验结果表明,该模型在很大程度上解决了油水乳化液模态、温度、矿化度等因素的交叉影响及传感器自身非线性的校正问题,可通过模糊推理与自学习实现油水混合模态辨识,并根据工况的变化调整测量模型参数,有效地提高了原油含水率宽量程在线智能测量的精度.

模态空间系统动态特性分析的一种新方法

推出了一种分析大干扰下系统动态特性的新方法———模式串(modal series)方法。和向量场正则型变换方法一样,这种方法也是通过2阶解析解来研究系统的内部非线性结构特性,进而达到认识和理解系统动态特性和稳定性的目的。但该方法推导出的2阶解析解不用求取高维非线性代数方程,而且把谐振情况和非谐振情况的公式融为一体推导容易计算简单。在2解解析解的基础上推导出了系统非线性相关因子的表达式。算例结果验证了本文推出的2阶解析解及2阶非线性相关因子的正确性和有效性。

用于谐波分离的三角形槽亚波长光栅设计

根据亚波长光栅的导模共振异常特性,提出三角形槽亚波长光栅实现惯性约束聚变驱动器谐波分离的技术方案.定义了用于描述谐波分离性能优劣的谐波分离品质函数,对影响三角形槽亚波长光栅的谐波分离品质函数的光栅参量进行了详细的分析,基于矢量衍射理论设计了能够实现谐波分离的三角形槽亚波长光栅,确定了用于谐波分离的三角形槽亚波长光栅的设计思路和方法.

用于谐波分离的三角形槽亚波长光栅误差分析

干净有效地实现3种谐波的分离,避免剩余无用的基频光和二倍频光对物理实验的影响,是目前高功率固体激光驱动器一直面临的难点,采用亚波长光栅进行谐波分离是一种全新的方法。基于能够实现高功率固体激光驱动器中3种谐波分离的三角形槽亚波长光栅设计参数,利用基于矢量衍射理论开发的商用软件Gsolver,分析光栅周期、入射角、占空比、刻槽深度等光栅参数对亚波长光栅谐波分离的能力,即三倍频光衍射效率的影响。结合谐波分离的基本要求,给出了亚波长光栅的加工误差要求:满足谐波分离的亚波长光栅的各项参数的误差范围均在亚微米量级,其中加工精度要求最高的是刻槽深度。为亚波长光栅应用于高功率固体激光驱动器谐波分离提供了理论支持。

单入射波长及纤芯存在光致双折射的长周期光纤光栅的折射率传感分析（英文）

利用全矢量耦合模方程提出并分析了一种基于纤芯存在光致双折射的长周期光纤光栅的环境折射率传感测量方法.以波长为谐振波长的完全偏振光为入射波,通过分析不同环境折射率下输出光的偏振态在邦加球上与参考点间球面距离的变化测量环境折射率.分析表明,在环境折射率1~1.30范围内包层半径为20.75μm的长周期光纤光栅传感器线性特性良好,灵敏度为0.356/RIU,可应用于湿度和气体的折射率测量;该分析方法适用于其他类型的双折射长周期光纤光栅传感器的设计.

高超声速热气动弹性中结构热边界影响研究

基于分层求解思路研究结构热边界对高超声速飞行器全动舵面和翼面结构热气动弹性特性的影响。首先,基于CFD求解N-S方程得到热环境,在此基础上进行结构的瞬态热传导分析,进而分析结构由于温度梯度产生的热应力和温度对材料属性的影响下的模态固有特性,然后将结构振型插值到气动网格上,最后,通过求解Euler方程得到流动参数,基于CFD的当地流活塞理论计算气动力,在状态空间中进行了气动弹性分析。通过对4组结构模型进行热气动弹性分析,研究了结构热边界对舵面和翼面热气动弹性的影响,结果表明:对全动舵面而言,结构热边界首先会影响舵轴处结构的热传导过程及温度分布,进而对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响达到了16%。对翼面而言,结构热边界对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响约为1%。因此,工程实际当中,进行热气动弹性分析时应采用合理的结构热边界。

正弦光栅标量衍射及等效介质理论有效性分析

利用严格傅里叶模式理论研究了不同基底折射率、入射角度、归一化周期、归一化沟槽深度对正弦型光栅微结构衍射效率的影响,并分析了该光栅的衍射特性.基于标量衍射理论和等效介质理论,分别计算了光栅周期远远大于和远远小于入射波长时,正弦型光栅的衍射效率,并与傅里叶模式理论的计算结果进行比较,分析标量衍射理论和等效介质理论的有效性.结果表明:在垂直入射条件下,当光栅基质材料折射率为1.5时,标量衍射理论在光栅归一化周期大于5时,能够准确计算光栅衍射效率,误差小于3%;当基底折射率增大到3.42时,只有在光栅归一化周期大于10时,标量衍射理论才有效,误差小于5%;当正弦型光栅透射光中只有0级衍射光传播时,等效介质理论能够准确计算其透射率;随着入射角度的增大,标量衍射理论和等效介质理论的有效性都不同程度地降低.

投影系统中DMD衍射效率的研究

数字微镜阵列(DMD)作为空间调制元件常用于投影光学系统,入射光为长波红外时产生的衍射效应会影响进入系统的能量分布,该文主要讨论光源入射角度对衍射效应的影响,将DMD作为闪耀光栅模型,研究其在长波红外波段产生的衍射效应。从光程差的角度分析在主、副对角线分别处于“开态”情况下的衍射效应,发现衍射效应与入射角度有关;将DMD作为闪耀光栅模型,采用矢量衍射理论计算7.7μm~9.5μm波段下DMD处于“开态”下的衍射效率。计算结果表明:当TM偏振光以44°角照射时,1级衍射达到闪耀状态,衍射效率可达到70%。

位相光栅色散特性的矢量衍射理论分析

在矢量衍射理论基础上给出了适用于任意斜入射下位相光栅反射区和透射区的广义光栅方程和广义色散公式 ,对位相光栅色散能力做了理论和数值分析 ,考察了入射角、入射方位角、入射波长、光栅周期、衍射区域介质折射率和衍射级次等六个物理量之间的相互制约关系 ,确立了光栅约束不等式 。

亚波长减反射光栅的研究进展

介绍了亚波长光栅衍射理论体系以及基于纳米平版印刷术的亚波长减反射光栅的设计与制备、减反射特性和应用等方面的最新研究进展。分析了以亚波长减反射光栅作为光学系统增透元件的可行性。展望了亚波长减反射光栅向可见光、紫外波段的发展趋势,以及在高功率激光领域的应用前景。研究表明,亚波长光栅在减反射和激光损伤方面均具有优异的特性,而且有可能同时实现多种功能,简化光学系统。利用纳米平板印刷术可以使亚波长光栅的制备和应用向可见光、紫外波段方向延伸。

多层介质膜脉冲宽度压缩光栅与超短脉冲作用时的性能分析

基于啁啾脉冲放大技术的超短脉冲激光系统是提供超快、超强激光的重要途径,具有良好输出波形和高损伤阈值的多层介质膜脉冲宽度压缩光栅是获得高峰值功率脉冲激光的关键.基于傅里叶谱变换方法和严格模式理论,分析了多层介质膜光栅(MDG)在超短脉冲作用下的光学特性.结果表明,当MDG的反射带宽小于具有高斯分布的入射脉冲的频谱宽度时,-1级反射脉冲呈非对称高斯分布,其前沿出现振荡,并且-1级反射脉冲能量开始剧烈下降.讨论了MDG结构参数对其反射带宽的影响.分析了MDG与超短脉冲作用时的近场光分布,对提高其抗激光损伤特性具有一定的指导作用.

多层介质膜脉宽压缩光栅的严格矢量分析

用于展宽和压缩激光脉冲的多层膜脉宽压缩光栅是由多层介质高反膜和位于其顶层的浮雕光栅构成。以设计的高反射多层膜为基础,利用傅里叶模式理论分析了其衍射场分布,给出了TE波自准直角入射的使用条件下,多层介质膜脉宽压缩光栅衍射效率的表达式。以-1级衍射效率为评价函数,分别讨论了HfO2和SiO2为顶层材料时,多层膜脉宽压缩光栅-1级衍射效率高于0.95的光栅结构参量范围。结果表明,在该条件下,选择HfO2为顶层材料时,光栅结构参量有较大的取值范围。给出了优化的光栅结构参量,并分析了光栅制作误差及其使用条件的宽容度,对光栅制作工艺和使用具有一定的指导意义。

光盘光学系统的矢量衍射理论分析

本文以完整的矢量衍射理论分析了光盘光学系统。首先将入射的聚焦光束分解为平面波谱 ,得到每个平面波的振幅矢量 ;然后计算光盘对每个平面波的衍射 ,得到衍射波的振幅矢量 ,从而得到了整个衍射波场的空间频谱 ;最后计算物镜光瞳上的能通量 ,得到光盘系统的读出信号。在衍射计算中 ,光盘被定义为二维金属光栅 ,根据信息符的不同模型 ,选用坐标变换方法、耦合波方法或模态方法。对于典型的 DVD光学系统来说 ,矢量理论的结论与标量理论相差甚远 。

用于ICF驱动器谐波分离的亚波长光栅优化设计

针对惯性约束聚变(ICF)驱动器对谐波分离的苛刻要求,利用基于矢量衍射理论开发的商用软件Gsolver,在布拉格(Bragg)入射角下,设计满足分光要求的光栅参数,并根据对影响谐波分离性能的亚波长光栅的各个参数进行了分析,研究了实现谐波分离的亚波长光栅的优化设计方法,并设计得到了满足谐波分离要求的亚波长光栅。研究结果为亚波长光栅用于谐波分离提供了理论支持。