衍射微柱透镜焦深和焦移特性的矢量分析

当衍射光学元件的特征尺寸可以与照射光波长比拟时,必须考虑光波矢量衍射特性。利用矢量分析方法——二维时域有限差分法(FDTD)对有限口径衍射微柱透镜的焦深和焦移特性进行严格矢量分析,与传统标量分析方法的结果进行了详细比较。分析给出TE波垂直入射情况下衍射微柱透镜焦深和焦移与透镜F数的关系,结果表明,微柱透镜的焦移量要大于标量分析结果,而二者得出的焦深量基本一致,这些结论对衍射微透镜的设计和实际应用有一定指导意义。同时分析了透镜面型量化对焦深和焦移的影响,讨论了矢量分析方法的数值色散、计算空间吸收边界的设置和FDTD计算区稳定电磁场向观察面的传播算法。     

衍射微柱透镜聚焦特性的严格电磁分析

利用时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式，分析了有限口径衍射微柱透镜衍射效率与透镜F数的关系。严格分析比较了在不同入射极化波(TE极化和TM极化)情况下，具有不同面型分布(连续面型和8台阶、2台阶量化面型)的微柱透镜衍射效率随透镜F数的变化，并且与传统标量理论进行了比较。结果表明，随着F数的减小，标量理论和严格矢量理论得到的透镜衍射效率之差逐渐加大；在大F数情况，TM极化波入射时微柱透镜的衍射效率要略高于TE极化波入射的情况。     

衍射微柱透镜聚集特性的严格电磁分析

利用时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式,分析了有限口径衍射微柱透镜衍射效率与透镜F数的关系.严格分析比较了在不同入射极化波(TE极化和TM极化)情况下,具有不同面型分布(连续面型和8台阶、2台阶量化面型)的微柱透镜衍射效率随透镜F数的变化,并且与传统标量理论进行了比较.结果表明,随着F数的减小,标量理论和严格矢量理论得到的透镜衍射效率之差逐渐加大;在大F数情况,TM极化波入射时微柱透镜的衍射效率要略高于TE极化波入射的情况.     

衍射微柱透镜轴向光强分布特性的严格电磁分析

衍射聚焦器件轴向光强分布的焦深和焦移特性，直接决定着系统接收面的装配误差和获得最佳的能量利用率。当器件的口径和面型特征尺寸可与照射波长比拟时，必须考虑光波与衍射器件的电磁作用。利用严格电磁分析方法——时域有限差分法，对有限口径衍射微柱透镜的轴向光强分布进行了严格分析，并且与传统的标量分析方法进行详细比较。分析比较了TE和TM极化波入射情况下，不同面型分布(8台阶，16台阶量化面型和连续面型)的衍射微柱透镜焦深和焦移特性与透镜F数的关系。结果表明透镜轴向光强最大点向透镜面偏移，焦移量的严格计算结果要大于标量计算结果，表明透镜的快聚焦特性，而二者得到的焦深量基本一致，同时两种理论方法都表明透镜焦深和焦移随F数的增加而增加。     

有限口径亚波长衍射光学器件的严格矢量分析

利用二维时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式,分析、比较了连续面型和经过Farn方法得到的亚波长结构面型的衍射微柱透镜在TE极化波和TM极化波入射情况下的聚焦特性。对不同F数衍射微柱透镜的严格矢量分析表明,亚波长结构器件的聚焦特性对输入光波的极化情况有更强的敏感性。并简要讨论了FDTD方法的数值色散和计算空间吸收边界的设置等问题。     

菲涅耳微透镜列阵衍射效率的测试

提出了一种测试菲涅耳微透镜列阵衍射效率的有效方法，采用Ｈｅ－Ｎｅ激光器作为测试光源，利用计算机辅助测试构成了一个衍射效率测试光路系统，对测试原理进行了分析，该方法具有简便易行的特点，适于测试具有微小单元尺寸、周期密排的二元微光学元件的衍射效率。     

双离轴衍射透镜的矢量设计算法

设计特征尺寸可与照射光波长相比拟的衍射光学器件时,必须采用严格的矢量设计算法.为克服传统搜索算法计算次数多、收敛速度慢的缺点,同时结合时域有限差分算法进行光场与衍射器件相互作用的矢量计算,提出了一种高效的迭代算法.利用该算法,设计了双离轴透镜,结果表明,该算法计算次数少、收敛效果好.     

微光机电系统

在过去的5年中,利用大规模集成电路制造技术制造的象衍射和透射微小透镜等微光学元件引人注目.这一重要科技成就引起一场光学技术革命.美国Rockwell科技中心的Ed-ward应《Optical Engineering》特约对此进行了综述.利用微光学元件缩小仪器尺寸能够改进很多光电系统,从电视摄象机,可视电话、小型软盘存贮器到自动成像观测,光学中继器到高清晰度投影显示.微光学系统中所应用的象二元光学元件和塑料微光学元件复制等技术在过去5年发展过程中已经能够应用到集成技术中去.与此同时发展了另一门前沿科学,称为微机电(MEM)技术.MEM技术已经应用到汽车、机械工具、气压传动和通用微传感器上.微光机     

红外衍射微光学元件的湍流波前模拟和再现

院基于衍射微光学理论,发展了一种面向红外波段衍射微光学元件的设计和制作方法。采用标准半导体技术工艺流程制作了若干个器件。文中设计的红外衍射元件主要用于形成复杂的光场,其振幅和相位都能有效地得到控制。所制造的衍射微光学元件,通过在元件表面形成良好的相位图案,把普通的高斯光束转换成所需要的经大气湍流环境影响后的图形。该结构能够被用于产生湍流波前从而模拟大气湍流中的光场,进而再现波前以评估大气湍流的影响。     

采用单步光刻和湿法腐蚀工艺制作高性能衍射微透镜

采用单步光刻和湿法腐蚀工艺,低成本快速制作面向高性能蓝光和红光DVD光学头物镜的衍射微透镜.所制微光学结构的表面粗糙度在纳米量级,衍射相位台阶的高度在亚微米量级并可以根据需求灵活调整,通光孔径在毫米至厘米量级的范围内可调.组成衍射微透镜的大量基本相位结构,可以根据入射和出射光束的形貌特征及参数指标,通过衍射积分算法灵活设置和排布.远场光学测试显示了所制衍射微透镜的高衍射效能.     

平面光集成器件的时域伪谱法分析

将时域伪谱（PSTD）方法应用于平面光集成器件的分析，推导并实现了可用于PSTD方法的单轴各向异性完全匹配层（UPML）吸收边界条件，讨论了专用于导波结构仿真的一种紧凑的PSTD激励源。并对分布式反馈（DFB）光栅进行了数值模拟，其仿真结果与传统时域有限差分（FDTD）方法相当吻合，但PSTD无论在计算时间还是内存需求方面都大大优于FDTD方法。     

时域有限差分法模拟量子阱红外探测器光栅的光耦合

由于量子选择定则的限制,对于量子阱红外探测器(QWIP),必须利用衍射光栅增强其光学偶合效率,本文给出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的数值方法,计算制备在QWIP器件上的金属光栅的衍射效应,模拟计算的结罘表明,FDTD方法是解析这种复杂结构内电磁场问题的有效手段．可以计算QWIP器件内各点电磁场所有分量的详细分布,进而可以估算衍射光栅的偶合效率,以及优化QWIP结构设计。     

Finite difference time domain analysis of cylindrical coplanar waveguide circuits

There is a growing interest in using cylindrical transmission line structures in microwave applications. In this paper, the finite difference time domain (FDTD) method is used to characterize several three-dimensional cylindrical coplanar waveguide (CCPW) geometries. Specifically, a CCPW series stub and a three-section CCPW filter are studied both theoretically and experimentally. Moreover, CCPW gap is characterized and the FDTD results are compared to those obtained using conformal mapping techniques. Effective absorbing boundary conditions are employed to truncate the FDTD mesh at the end walls and the outer radial boundary.     

高阶FDTD法分析电-大尺寸光波导器件

高阶时域有限差分(FDTD)法用于电-大尺寸平面光波导器件的时域分析,实现了高阶FDTD法的理想匹配层(PML)吸收边界条件;研究了高阶FDTD法的数值色散特性,并对平行介质带定向耦合器进行了数值模拟,所得结果与解析解非常一致。     

用于生物组织电特性重建的探头研究

对适用于分层生物组织电特性重建的宽带同轴贴片探头进行了研究.采用时域有限差分(FDTD)法分析了同轴贴片探头在三层生物组织中的场分布,结合遗传算法(GA)优化了探头的尺寸.优化设计出的圆形同轴贴片探头具有轴对称特点,辐射近场在生物组织中透入深、分布集中,反射系数的频率响应特性好,适用于局部分层生物组织电特性的重建,实验证明探头的设计优化是正确的.     

一种改进的Mur吸收边界条件

吸收边界条件是时域有限差分(FDTD)算法解决电磁问题的重要条件。提出一种改进的吸收边界条件。将惠更斯面推广到二维的时域有限差分算法中,并利用惠更斯面来改进Mur吸收边界。惠更斯面具有理论基础成熟、编程简单、占用的计算内存少等优点,可以方便地插入到FDTD计算域中。FDTD数值仿真证明,惠更斯面在增加少量计算量的同时大幅度提高了Mur边界的吸收性能。而在应用的截断边界元胞数目相同的情况下,改进的Mur吸收边界能达到比PML吸收边界更好的吸收效果。