可见光波段的窄带导模共振滤光片的设计

为了使导模共振滤光片能在可见光范围内表现出良好的滤光效果,根据严格耦合波理论和等效介质理论,提出基于半导体材料单晶氧化锌薄膜的亚波长导模共振光栅滤光片的结构设计。通过仿真分析可知,该滤光片在可见光范围内的475nm,530nm与650nm波长处,反射效率都达到了100%,旁带反射率低于4%,并且峰值带宽均小于0.3nm。结果表明,该滤光片能分别在可见光的红、绿、蓝波段表现出良好的滤光效果,可以作为三基色的滤光片,在彩色合成与调制中得到重要的应用。     

导模共振光栅参量对共振波长和线宽的影响研究

为了能够设计出具有反射功能的导模共振光栅，采用光栅的等效介质理论、平面波导理论以及严格耦合波法，进行了理论分析和实验验证，设计了在TE偏振下波长850nm处具有反射共振的导模共振光栅。利用严格耦合波法，计算并分析了光栅参量、入射角以及波导层厚度对共振波长和线宽的影响。结果表明，随着占空比的增大，共振波长会红移，而共振线宽会随着占空比的增大先增后减，占空比为0.5时线宽能达到最宽；共振波长会随着光栅周期和波导层厚度的增大而增大，但线宽几乎不变，当周期从490nm增加到520nm时，共振波长红移了将近50nm，而当波导层厚度从217nm增加到251nm时，共振波长红移了将近25nm；光栅厚度变化对共振波长和共振线宽影响很微弱，当入射角是垂直入射时仅有一个共振峰，但是当入射角不为0°时会出现两个共振峰，并且两个共振波长随着入射角度的变大一个会蓝移而另一个则红移。该研究为实际制备反射导模共振光栅提供了理论指导。     

基于氮化镓的导模共振滤波器仿真分析

根据严格耦合波理论和等效介质理论,提出了针对C波段、基于半导体材料氮化镓的亚波长导模共振滤波器结构及设计方法。详细探讨了在强调制光栅的高占空比作用下,光栅周期和入射波角度对滤波器反射谱共振波长的影响。在保持滤波效果为高衍射率(共振波长峰值反射率达到99.5%以上)、低旁带和窄线宽的条件下,利用其对入射波角度的敏感性,结合仿真数值提出了一种通过 MEMS(微机电系统)平面反射镜调谐入射角角度(0~4.07°),从而线性地控制共振波长输出(调谐范围为36 nm),实现峰值半宽高低于0.8 nm的C波段可调滤波器。     

金属-介质薄膜型宽角度反射滤光片

为进一步提高彩色滤光片的角度容差性和光能利用率等性能要求,设计了一种金属-介质薄膜型反射滤光片。通过膜系优化方法获得了基于减色原理的青色、品红色和黄色三种颜色的反射光输出,中心波长分别为655 nm、555 nm和455 nm,反射谱带宽分别为70 nm、60 nm和60 nm。该彩色滤光片仅吸收可见光波段三分之一光能量而三分之二光能量被反射利用,具有光能利用率高的特点。测试结果表明,该结构彩色滤光片在±40°入射角范围内反射滤光特性基本不随角度变化,满足彩色滤光片宽角度特性要求。与其他结构彩色滤光片相比,薄膜制备工艺决定了该结构彩色滤光片还具有制备容易的优势。     

可调谐光子晶体偏振通带滤波器的理论研究

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出了TM波和TE波缺陷模随入射角变化的特征以及TM波缺陷模随杂质光学厚度的变化特征为:TM波的缺陷模透射峰在入射角为0～π/2范围内均存在,而TE波的缺陷模透射峰只在入射角为0～0.65 rad范围内存在;在一定波长范围内TM波缺陷模的波长随杂质光学厚度近似呈线性变化.以此为基础,设计出滤波通道波长的可调范围达290 nm、滤波通道半高宽的可调范围在1.5～3 nm、滤波通道的透射峰值大于0.98的可调谐一维光子晶体偏振通带滤波器.     

导模共振滤光片的研究进展

通过对导模共振滤光片的研究与发展的介绍,总结了其机理、优异特性及应用领域,重点介绍的是亚波长导模共振滤光片的单层、双层和3层结构的设计。归纳了它的制作原理,提出了制作难点和关键技术。结果表明,导模共振滤波器具备高峰值反射率,低旁带反射,窄带以及带宽可控等优良特性,具有重要的研究意义和应用价值。     

光子晶体双通道可调谐偏振滤波器的设计

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出了两个偏振态缺陷模的透射峰的变化特征为：TM波其缺陷模透射峰在入射角大于0.75（rad）范围内有多条明显的缺陷模透射峰带,而TE波在入射角大于0.75(rad) 范围内没有缺陷模透射峰;TM波缺陷模透射峰的波长 随杂质光学厚度 近似呈线性变化,并且同一空气膜厚度值可以截到两个波长不同的透射峰。以此为基础设计出：滤波通道波长可调范围大于100nm 、滤波通道的半高宽可调范围在1 nm — 6nm、滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体双通道可调谐偏振滤波器。     

亚波长金属光栅/电介质/金属混合波导传感结构的研究

提出了一种亚波长金属光栅/电介质/金属混合波导传感结构,在结构中可产生导模共振模式、表面等离子激元共振模式和局域表面等离子体模式,模式之间互相耦合,从而在反射光谱中形成两个窄带共振缺陷峰。通过研究共振缺陷峰处磁场分布和结构参数对反射谱的影响,分析了结构中的共振模式。根据导模共振原理和表面等离子体共振形成条件,建立共振缺陷峰波长与结构参数之间的关系模型,通过观察共振缺陷峰波长的漂移实现待测样本气体浓度的动态实时监测。以多孔硅为传感载体、甲醛气体为待测样本,分析传感器的品质因数和灵敏度。结果表明,两个窄带共振缺陷峰的品质因数分别可达42.3RIU-1和78.5RIU-1,灵敏度分别为466nm/RIU和628nm/RIU。     

基于薄膜滤光片的角度调谐系统设计

基于薄膜滤光片角度调谐的基本原理,实现了一种具有较宽波长调谐范围的可调窄带滤光器。通过优化机构装置参量,利用步进电机精确控制滤光片的入射角度。通过对多腔窄带薄膜滤光片的膜系结构及其等效折射率的计算,得到了滤光片透射中心波长与入射角度的关系式。制备了一个包括步进电机及转动机构在内的滤波器角度调谐装置,在1543-1563...     

锁模光纤激光的倍频及波长调谐实验研究

利用周期性极化铌酸锂（Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN）晶体实现了对掺镱锁模光纤激光器输出单横模激光的倍频,产生了532nm波长附近的倍频脉冲光。基于准相位匹配（Quasi Phase Matching, QPM）技术,通过改变基频光到PPLN晶体的入射角,使不同中心波长的基频光达到准相位匹配条件,实现倍频光波长的调谐。对带宽60 nm的锁模激光倍频得到带宽1.5 nm、中心波长532nm的脉冲激光输出。以掺Yb锁模光纤激光作为基频光,调节PPLN晶体角度,获得了中心波长连续变化的倍频激光,入射角度调节范围0°~25°,对应的倍频光波长调谐范围531.8nm~535.6nm。波长变化趋势与理论分析一致。     

双层等折射率浮雕结构共振布儒斯特滤光片的泄漏模特性

通过调整光栅的填充系数,获得具有均质层和光栅层等效折射率相等的表面浮雕结构共振布儒斯特滤光片.深入研究了这类滤光片的泄漏模特性,并讨论光栅参数和入射条件的变化对滤光片共振特性的影响.研究表明:入射角的改变对滤光片泄漏模特性的影响不明显,但填充系数、均质层厚度以及基底折射率的改变对滤光片泄漏模特性影响很大.当填充系数f→1和f＜0.6时,以及当基底折射率接近波导层折射率(n→1.63)时,导模共振效应趋于消失.此外,随着均质层厚度的不断增大,多模共振效应将被激发,从而在一定的波长或入射角范围内导致多个泄漏模共振效应的产生.     

含超材料AZO/ZnO光子晶体近红外滤波特性的研究

基于电磁波的传输矩阵理论,对一维光子晶体在近 红外波段0.85－2.30 μm滤波特性进行了分析研究。由MoS₂和半导体超材料AZO/ZnO构成(AB)N型光子晶体,其中AZO/Zn O是掺铝氧化锌层和氧化锌层交替形成的具有人 工周期结构的各项异性材料,在部分近红外波段具有负的折射率。数值分析表明:此结构光 子晶体在0.85－2.30 μm波 段具有四个光子通带;带隙随B层中填充因子h的增大发生蓝移;光子晶体透射 峰的数量由光子晶体周期N决定, 即周期为N时,每个通带透射峰的数量为N－1;通过改变膜层厚 度能实现对透射波长的调控,如增加A层或B层厚 度,透射波中心波长发生红移;而光波入射角度的增加将使透射波中心波长发生蓝移。由超 材料AZO/ZnO构成的光 子晶体的滤波特性为光通信波段多通道可调谐高性能滤波器的设计提供理论参考。     

镶嵌式多光谱摄像机

镶嵌式传感器是由许多传感器以几何图形排列而形成的一个单片列阵.在商售数字彩色摄像机市场中,镶嵌式彩色滤光片列阵（CFA）技术的使用甚为普遍.这种技术不是采用三个电荷耦合器件来为每个像元捕获红、绿、蓝三个光谱波段,而是每个像元只与一个器件有关联,该器件上覆有敏感一特定波长的一块滤光片.在这种方法中,每个像元只敏感一种光谱成分,而其它光谱成分须从相邻的像元中估计出来.CFA表层是按通常的工序制作的,即根据特定的传感器设计,在每个像元上放置一块用对波长有选择的材料制作的、具有一定几何图形的滤光片.     

多通道可调谐1.55μm光子晶体滤波器

建立了（AB）N型一维光子晶体结构多通道可调谐滤波器模型,其中A层是砷化镓（GaAs）材料,B层是由掺铝的氧化锌层和氧化锌层（AZO/ZnO）交替排列构成的具有人工周期结构的各项异性材料。根据电磁波的传输矩阵理论,推导了光子晶体的透射率公式。数值模拟表明:此结构光子晶体透射中心波长是1.55 m,对应于光子通带;透射峰的数量由光子晶体的周期N决定;B层中填充因子h从2/3增加到11/12,峰值波长蓝移且移动范围超过200 nm;A和B层厚度增加,透射峰中心波长发生红移;而入射角度的增加将使透射峰中心波长蓝移;在各参数的调控范围内,光子晶体均保持较高的透射率不变。这些现象为光通信波段多通道可调谐高性能滤波器的设计提供了理论参考。     

透过率差与偏振无关的干涉滤光片组合设计

由干涉滤光片的透过率解算激光的入射角,以特定波长附近长波段的垂直透射光谱特性为参照,针对1064nm激光,设计并实现了一种透过率差与偏振无关且随入射角近似线性下降的干涉滤光片组合,在0°～60°入射角范围内,由入射光的偏振性引起的透过率差的波动量小于±1.9%,非偏振光对应的透过率差ΔT与入射角θ之间的线性关系为ΔT=-1.11θ+62.17,非线性误差为12.6%;当ΔT的测量精度为±1.414%时,对应的入射角平均解算精度为±3.2°。     

EMCCD真彩色成像方法与验证

针对夜天光包含的大量近红外辐射,本文从理论和实验上研究了基于近红外波段全透的红、绿、蓝滤光片的EMCCD真彩色成像方法。夜天光在近红外波段的能量均被EMCCD吸收,再结合EMCCD的电子倍增功能获得较高亮度和信噪比的红、绿、蓝分量图像,最终通过彩色融合等图像处理方法获得真彩色EMCCD图像。本文进行了全月、半月、1/4月和晴朗星光照明条件下的真彩色成像色彩仿真,在此基础上制作了彩色滤光片,测试了典型样本的光谱反射率,搭建了真彩色EMCCD实验装置并开展外场试验。工作结果表明:该方法获得了色彩丰富、空间深度感较好、信噪比较高的真彩色EMCCD图像。     

彩色液晶显示板

日本某公司研制成2英寸画面的彩色电视液晶显示板.该显示板的显示原理如图所示.它由6万个液晶显微光阀和与此对应的红、绿、蓝三基色滤色器组成彩色液晶显示体.从光源来的光经过红、绿、蓝色滤包器后即变成彩色图象.红、绿、蓝色画面的显示是通过液     

彩电是怎样显示彩色图像的

1.彩色视觉及三基色原理人的视觉是由于光波射到眼睛视网膜上而引起的。视网膜上有杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞用于辨别亮度强弱,但不能分辨颜色;锥状细胞光敏度较低,但能够分辨颜色。锥状细胞有三种,即红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞,分别对红、绿、蓝三种颜色光最敏感。当一束红光射入人眼时只会对红敏细胞有刺激,产生红色视觉。绿色和蓝色的情况类似。所谓三基色原理就是利用红、绿、蓝三种基本色配出自然界绝大部分常见颜色。为什么要选红、绿、蓝这三种基色呢?一是人眼的三种色敏细胞恰好对红、绿、蓝三色最灵敏;二是此三基色混合相加可以配出较为宽阔的彩色来。例如,红 绿=黄;绿 蓝=青;红 蓝=紫;红     

三基色滤光片的设计

为了得到纯正的三基色,以实现大色域显示功能,采用光学薄膜技术的传递矩阵方法进行了模拟计算,分别得到红、绿、蓝三色的F-P滤光片,并将其叠加在一起,得到将显示光源中杂色滤除、留下三基色的滤光片。结果表明,三基色滤光片很好地满足了设计要求,如果应用于显示技术,可以很好地提高显示器的彩色显示功能。     

金属膜衬底上亚波长介质光栅结构的特性及传感应用

提出亚波长介质光栅-金属膜-石英玻璃衬底结构,根据等效介质理论该结构可等效为由金属-光栅-包覆层构成的单面金属包覆波导,在入射波长和入射角满足一定条件时,发生导模共振(GMR)从而产生光波全吸收现象。根据严格耦合波分析(RCWA)理论进行数值分析发现,等效波导中的TM1 GMR峰尖锐,并且对光栅包覆层的折射率变化非常敏感,角度灵敏度为127.87°/RIU(RIU为折射率单位),波长灵敏度为409.35 nm/RIU,在很大的折射率范围内线性度良好。与全介质GMR传感器和光栅型表面等离子体共振(SPR)传感器相比,该结构通过GMR实现较高灵敏度的同时,其较窄的共振峰使得检测精度更高。