消色差超构表面复合透镜

超构表面因其体积轻薄易于集成化,有望在某些特定场合取代传统透镜实现多功能光学器件。超构表面的光束偏转角随波长的增加而增大,与传统折射透镜相比产生相反的色散,这种色散又被称为“异常色散”或“负色散”。理论上利用超构表面的负色散和传统折射光学器件的正色散相抵消,可以完全矫正光学系统的色差。由此出发,设计了一种基于光刻胶材料,由Pancharatnam-Berry(PB)相位型超构表面作为第一透镜,传统球面透镜作为第二透镜的消色差超构表面复合透镜,利用时域有限差分数值模拟软件FDTD Solutions探索了该透镜在780～980 nm波段的聚焦性能,证明了消色差光刻胶超构表面复合透镜优异的消色差效果。相对传统的消色差超构表面通过相位补偿来消色差的方法,这种消色差设计简单且高效,为特定波段内的消色差成像提供了一定的借鉴意义。     

双层硅基级联太赫兹消色差超构透镜

基于对单层超构表面的结构优化而设计的消色差透镜在光学成像上已扮演着重要作用.然而,单层超构透镜的结构设计不能提供足够大的色差补偿相位,从而限制了消色差透镜的尺寸和数值孔径.提出一种双层硅基级联消色差超构透镜的实现方案,相比单层超构透镜能够提供更大的色差补偿相位.优化超构透镜的结构得到从0.5 THz到1.1 THz频率...     

基于单层超表面的双频太赫兹波线偏振变圆偏振转换器

提出了一种基于单层超表面的双频太赫兹波线偏振变圆偏振转换器。该偏振转换器采用两个不同尺寸的十字型金属缝阵列结构形成两个线偏振变圆偏振转换频点,从而实现双频的太赫兹波线偏振变圆偏振转换。计算结果表明,设计的偏振转换器能在0.760THz和1.068THz将一束线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波。该双频的线偏振变圆偏振转换器仅由单层的超表面组成,结构简单易于制备,因而为操控电磁波和设计新颖的太赫兹波器件提供了参照。     

太赫兹超表面近场等离子体涡旋偏移器件设计

为了提升太赫兹（terahertz,THz）通讯容量,设计了一种基于单层超表面的激发近场等离子体涡旋偏移的太赫兹器件。基于几何相位超表面,采用FITD（时域有限积分）软件,对该器件的近场涡旋偏移进行了仿真研究。结果表明,所设计的器件在圆偏振光的入射下,能够实现空间任意位置的偏移。该类功能器件在一定程度上提升了太赫兹通讯容量,可应用于6G技术中。     

基于超表面的太赫兹复用成像

提出了一种基于单层超表面的太赫兹复用器件。该器件基于PB(back propagation)相位理论、广义斯涅耳定律以及马吕斯定律,实现了空间分复用成像。计算结果表明,所设计的器件能将一束线偏振入射光离轴出射,并产生多通道的复用图像。该器件的研究对拓展THz波段的高分辨成像、多通道信息传输等功能具有重要意义。     

太赫兹宽带消色差偏折器设计

偏折器可以调控电磁波的传播方向,在传感、光通信等领域具有重要的地位,但是色差问题使传统偏折器的偏折方向随波长变化,很大程度上限制了偏折器的发展。为了消除偏折器中的色差问题,通过对太赫兹偏折中色差问题的物理机理进行分析,采用几何相位与共振相位结合的设计方法,在全介质超表面上实现宽带消色差偏折的功能。利用有限时域差分法(FDTD)在0.5 THz到1.1 THz的宽带范围内仿真验证设计的方法并实现了超表面消色差偏折的效果。     

基于超材料的太赫兹波辐射特性与增强研究

太赫兹波的产生与调控对太赫兹技术发展至关重要。超材料的可设计几何结构与特异共振响应为产生与调控太赫兹波提供了新的途径。但超材料产生太赫兹波辐射的转换效率较低仍然是一个亟待解决的问题。设计了一种由金属谐振环阵列和全介质硅开口谐振器组成的超材料。利用麦克斯韦方程联合表述电子运动的流体动力模型的自洽方程组,研究了该超材料的太赫兹波辐射与调控过程。研究发现,通过优化分裂谐振环的开口方向,超材料产生的太赫兹波振幅提高了1倍。此外,通过改变入射光偏振角及超材料的几何尺寸实现了太赫兹波振幅调控。这为基于超材料的,紧凑型和可调谐的太赫兹源提供了新途径。     

超构表面器件高效设计和大面积加工研究取得进展

<正>超构表面(metasurface)作为一种人工二维材料,利用亚波长尺度的单元结构与入射电磁波的相互作用可以实现对电磁波振幅、相位和偏振的高效调控。相较于传统器件,超构表面具有低剖面、高集成度以及多功能化等优势,因此受到了人们的广泛关注。近年来,虽然超构表面在理论设计和加工制备上取得了长足的发展,但该领域仍然面临诸多问题和制约。在器件设计上,由于缺乏系统的理论支撑,超构表面单元结构的优化主要依赖于利用仿真软件进行参数扫描,再通过设计者的专业知识     

超构表面器件高效设计和大面积加工研究取得进展

<正>超构表面(metasurface)作为一种人工二维材料,利用亚波长尺度的单元结构与入射电磁波的相互作用可以实现对电磁波振幅、相位和偏振的高效调控。相较于传统器件,超构表面具有低剖面、高集成度以及多功能化等优势,因此受到了人们的广泛关注。近年来,虽然超构表面在理论设计和加工制备上取得了长足的发展,但该领域仍然面临诸多问题和制约。在器件设计上,由于缺乏系统的理论支撑,超构表面单元结构的优化主要依赖于利用仿真软件进行参数扫描,再通过设计者     

基于几何相位的线偏振聚焦全介质超透镜的设计

超透镜凭借其独特的优势逐渐取代或补充了传统的折光和衍射透镜,从而领先小型化高性能光学设备和系统。这种小型化有望带来紧凑的纳米级光学设备,应用于相机、照明、显示器和可穿戴光学。但在传统的超透镜设计中,几何相位通常需要左右旋圆偏振光的手性限制。为了使其不再局限于左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)入射,设计了基于几何相位的全介质超透镜,实现了线偏振光的近场聚焦,其与超表面滤光片主要输出波长(可见光波段)一致。采用有效时域差分法研究并验证了超透镜各变量对光场聚焦特性的影响,超透镜等其他超表面光学元器件前所未有的设计自由度将极大地扩大微光学和集成光学的应用领域。     

关于超透镜斜入射时调制传递函数曲线的研究

为了实现光学系统的集成和小型化,提高光学系统的成像质量,设计了一种基于广义斯涅尔定律和几何相位的平面超透镜。通过在超透镜界面处设计双曲面相位分布,将入射圆偏振平面波阵面转换为球形波阵面,将光聚焦在期望焦距处,并且在垂直入射时能够实现衍射极限聚焦。分析了入射光以不同角度入射时,光斑的调制传递函数(MTF)曲线,阐述了不同角度入射光入射时导致MTF曲线下降的原因。该分析对平面超透镜的进一步优化设计具有一定的指导意义,有助于实现小型化、集成化的光学系统。     

应用于微型成像的氮化镓超透镜设计

为了实现可见光入射时亚波长尺度内的聚焦,设计了以氮化镓(GaN)纳米柱为基本晶胞的超透镜,该透镜能够改进传统成像系统的笨重低效,可应用于微型成像系统。超透镜表面由宽度渐变高度不变的GaN纳米柱阵列构成,分析GaN在亚波长尺度内对相位的调控能力和机理,并基于时域有限差分法模拟仿真了在蓝光波长为460nm入射时透射场的高效率聚焦,对比超透镜尺寸为3.75μm×3.75μm、6.75μm×6.75μm、8.75μm×8.75μm、10.75μm×10.75μm时超透镜的聚焦能力,得出聚焦后透射场焦点处的半峰全宽分别为1,0.8,0.5,0.3μm,给出了强度分布、聚焦光斑等仿真模拟结果,发现实际焦距与设计值存在偏差,且随超透镜尺寸的变化而变化。文中所设计的超透镜能够在微米级别实现聚焦,有效降低了传统成像系统的复杂度。     

拉盖尔-高斯光经超表面的聚焦特性

为了研究椭圆偏振拉盖尔-高斯光经超表面的聚焦特性,重点分析了聚焦光场的电场强度以及相位分布特性。利用时域有限差分(FDTD)方法仿真椭圆偏振拉盖尔-高斯光经超表面的聚焦光场。研究表明,椭圆偏振拉盖尔-高斯光经超表面聚焦后会在聚焦光场的纵向分量电场中出现自旋角动量转化为轨道角动量的现象,通过改变超表面的数值孔径大小、拉盖尔-高斯光的偏振类型等参数可以调控涡旋光场形态分布。该现象可应用于光镊、量子加密、光学扳手等技术中。     

基于几何相位的线偏振聚焦超表面器件

设计出基于几何相位的介质超表面实现线偏振光聚焦功能。该设计打破了传统设计中几何相位(Pancharatnam-Berry phase)的手性限制,不再是局限于左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)入射。通过有限时域差分仿真来证明这种线偏振聚焦相位调控的特性。该类功能器件可能用于设计新颖的THz元器件、高分辨成像、功能探测等方面。     

光盘用双非球面不晕透镜设计

介绍一种校正球差和正弦差的,含有10次方项的双非球面自动设计程序.用该程序设计出焦距为4.5mm,数值孔径为0.45的双非球面透镜.用实例讨论了折射率,厚度和工作距离对透镜质量的影响.     

高频正交大面阵焦平面快门设计

针对1000 mm焦距透射式光学系统面阵相机,设计了一种高频大面阵焦平面快门.为了满足长焦距航空成像系统高分辨率和宽覆盖的要求,新设计的焦平面快门结构采用单帘幕多缝式设计,通过两个快门正交布置,电机带动齿轮同步驱动,使得两片光学拼接的面阵CCD同时曝光.数字信号处理器(DSP)根据编码器反馈的帘速信号来控制电机转速,保...     

集成成像系统中高填充率微透镜阵列的设计与加工

针对目前微透镜设计与加工中存在的问题,本文提出了一种大尺寸、高填充率的微透镜阵列设计与加工方法,并成功应用于基于手机屏幕的三维集成成像显示系统。根据焦面模式下的集成成像原理,建立了透镜阵列参数与集成成像显示关键参数的关系,并设计了高填充率透镜阵列的孔径与焦距。采用超精密铣削方法加工出金属母板,通过纳米压印和图形转移复制的方法,在涂有UV固化胶的PET透明膜上得到了高填充率的微透镜阵列膜,并将其应用于基于手机显示屏的集成成像系统。测试结果表明,在5.7英寸全高清手机屏幕上,直接覆盖孔径为0.526mm、焦距为2mm、填充率为100%的透镜阵列,可以实现立体图像出屏距离达4cm、视场角为12.5°的集成成像显示效果。系统的设计与透镜阵列的制作完全满足集成成像要求,裸眼观看立体图像清晰、逼真,系统集成度高,使用方便。     

分孔径三视场中波红外光学系统

为了克服单一光学通道长焦距与大视场之间的矛盾,设计了一款分孔径大变倍比三视场中波红外光学系统。该光学系统采用分孔径技术,包括小视场光学通道和中视场/大视场光学通道,两个通道之间的转换通过切出切入45°放置的反射镜完成,小视场光学通道采用二次成像,仅采用6片透镜,透过率高;中视场/大视场光学通道采用三次成像;小视场光学通道与中视场/大视场光学通道共用一片反射镜和中继组,实现了共出瞳分入瞳——分孔径;小视场长焦距为1 120mm,大视场短焦距为22.58mm,变倍比达到53×;对小视场光学通道进行了三次立体折叠,对中/大视场光学通道进行了一次折叠,有效地对横向和纵向尺寸进行了控制,外形包络在270mm×217mm×258mm范围内,系统紧凑,实现了兼具长焦距和大视场的三视场中波红外光学系统。设计及实验结果表明该光学系统像质良好,满足热像仪使用要求。