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。     

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。     

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.     

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。     

带衍射光学元件的塑料透镜

以往的成像光学系统是由具有不同分散特性的多个透镜构成,要减少色像差,就必须减少透镜个数、小型化、降低成本。本文主要介绍通过将衍射光学元件和非球面透镜一体化设计、及对衍射光学元件的形状最佳化设计,实现了在可见光范围具有消色差功能、且     

深刻蚀连续浮雕微光学元件的衍射分析

讨论了深蚀刻连续浮雕位相微光学元件的衍射特性．给出了槽形与衍射效率关系的初步研究结果．对实际制作具有指导意义．     

金属透镜的色散时域有限差分法研究

为克服传统时域有限差分法(FDTD)不能计算色散材料的困难,给出了一种基于Drude模型的色散FDTD算法,并推导出具体的差分公式。将该方法用于模拟金属透镜的聚焦功能,结果与已有理论吻合。本文方法完全适用于分析电导率与频率有关的各种色散材料所构建的光波导。     

两种新的时域有限差分算法

本文提出了两种新的求解麦克斯韦偏微分方程组的差分网格模型，并在此网格模型的基础上，给出了两种时域有限差分（ＦＤＴＤ）新算法。这两种算法的性能在某些方面比传统的Ｙｅｅ－ＦＤＴＤ算法优越。     

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.     

基于萤火虫算法的衍射光学器件设计

针对采用经典的 Gerchberg-Saxton算法设计的衍射光学器件(DOE)产生的光强分布相对误差较大, 以及采用传统群智能优化算法设计的DOE光能利用率不高的不足,本文提出了利用萤火 虫算法(FA)实现衍射光学器件设计的方法,兼顾了优化效率和 优化结果。以激光匀束器的设计为例,在模拟计算中,利用FA经过5000次迭代,得到的激光匀束器的光能利用率高达92.91%,绝对误差值低至0.60%。     

单层与双层谐衍射元件的衍射效率对比分析

由于单层谐衍射元件只在谐振波长处能精确闪耀,随着波长偏离谐振波长,衍射效率迅速下降,导致宽波段成像质量变差.为了将谐衍射元件的应用拓展到宽波段,重点对可等效为普通单层衍射元件的双层谐衍射元件的衍射效率进行了详细的分析.理论分析得出:此种双层谐衍射元件的衍射效率在整个设计波段明显高于单层谐衍射元件的衍射效率,而且在整个设计波段的分布基本平衡.进一步以可见光波段的常用材料ZF7和QK3构成的单层和双层谐衍射元件为例.对衍射效率进行了Matlab模拟.结果表明:理论定性分析与模拟的定量结果基本一致.这为双层谐衍射元件应用于宽波段成像领域提供了有力的理论依据.     

等离子体蚀刻衍射光学元件

本文研究了将光致抗蚀剂衍射光学元件的连续沟槽蚀刻到基底层上的技术。实验分析了基底层沟槽与原版沟槽的形状和深度之间的关系。     

利用二元光学器件进行激光光强叠加的研究

以1－维为例,采用杨－顾算法研究了利用二元光学技术进行激光光强叠加的可能性,并分析了由于蚀刻误差和入射激光束位置偏度引起的误差,数值模拟结果表明在DOE位相是32阶是化的情况下,设计误差小于0．08％,效率大于99．70％,能很好地实现光强叠加功能。     

FDTD编程模拟光波导光场分布的数值不对称的校正方法

以条形光波导为例,研究了用时域有限差分(FDTD)法编程模拟波导光场分布时的数值不对称性,及其对模拟计算造成的影响,提出了两种合理的解决方法,成功消除了数值不对称现象对正常模拟的干扰,通过在波导光场FDTD模拟中的实际应用,分析了每种方法的特点及欠缺,分别论证了它们在数值模拟中的应用价值,并阐明这两种方法对于任意形状光波导光场的FDTD模拟是普遍适用的。     

时域有限差分法中金属薄板边缘场差分方程的修正

本文提出了一种时域有限差分法中金属薄板边缘场修正的差分方程.以带状线和V形天线为例检验了修正的差分方程的有效性,数值结果表明,和金属板边缘阶梯近似相比,计算精度大大提高.