提高非匹配超透镜的光学成像分辨率研究

非匹配超级透镜具有类似于超透镜(Superlens)突破衍射极限的超分辨光学成像特性,为进一步提高不匹配超级透镜的分辨率,将金属膜细分为多层膜以减少金属的吸收效应,在入射波长为442 nm的p偏振光源下,保持透镜总厚度不变,将设计好的非匹配超透镜SiO2(15 nm)/Ag(25 nm)/SiO2(15 nm)划分为5组等比缩小多层膜.相应于非匹配超透镜,等比缩小后的多层膜透镜组的光学分辨率从λ/5提高到λ/7.     

径向偏振光束的聚焦整形及应用研究

针对径向偏振光束进行聚焦整形的问题,通过调整入射光束的参数、透镜的数值孔径以及衍射光学元件的结构,对调控光束聚焦场的强度分布进行了理论分析,提出了一种利用衍射光学元件对径向偏振光束进行聚焦整形的方法。结合实际应用的需求,设计了2种衍射光学元件,实现了超小光斑及长焦深和光链结构的聚焦场分布。数值模拟结果证实了设计的合理性。     

基于相变材料GST与孔径共享宽带宽消色差透镜的设计

提出了在超构透镜结构上采用孔径共享协同操作的方法,根据散单元输出相位与频率呈线性关系,再结合调控相变材料Ge2Sb2Te5晶化率m值,在设定的波段内合理选择散射单元的尺寸,不同波长入射光经过超表面后能产生符合统一焦距要求的相位分布,从而使消色差超透镜的带宽得到相应拓宽,设计了9.5～13μm连续波段内的偏振不敏感消色差超表面透镜。仿真结果表明,消色差超表面在工作波段内的焦距变化为3.57μm,与设定焦距的误差约为4.3%,并且各波长入射下的焦点半峰全宽均达到了衍射极限,聚焦效率超过60%。提出的消色差超表面透镜,为消色差超表面的设计提供了新的思路,促进了相变材料在宽带消色差超表面方面的研究。     

基于波长复用技术的激光二极管光纤耦合方法

采用波长复用技术的激光二极管（LD）光纤耦合方法,将两个不同波长的高功率LD通过准直、波长复合、聚焦经光纤耦合以实现大功率高效率输出。用直径200μm的裸石英光纤对LD输出光束进行准直,根据波长复用的基本原理,设计了波长耦合器件,根据LD和光纤的相关参数设计了聚焦透镜组,将两只波长分别为808nm和980nm、发光面积为100μm×1μm、单管的连续输出功率2W的高功率LD通过上述方法耦合进数值孔径0.22、芯径100μm的多模光纤中,在工作电流为2.5A时,808nmLD和980nmLD总的连续输出功率为4.05W,光纤激光连续输出功率为3.33W,总耦合效率大于82%。     

利用断层岩泥质含量判断断层垂向封闭性的方法及其应用

为了简便地判断断层垂向封闭性,在断层垂向封闭机理及影响因素研究的基础上,通过比较断层岩排替压力与下伏储层岩石排替压力的相对大小,建立了一套利用断层岩泥质含量判断断层垂向封闭性的方法,并将其应用于渤海湾盆地南堡凹陷南堡5号构造f₁、f₂、f₃、f₄、f₅等5条断裂在东二段泥岩盖层内的垂向封闭性研究中。结果表明:f₁、f₂、f₄等3条断裂断层岩泥质含量均大于其在东二段泥岩盖层内垂向封闭所需最小的泥质含量,断层表现为垂向封闭;但f₁断裂位于南堡凹陷沙三段和沙一段—东三段烃源岩分布范围之外,无油气供给,f₂断裂受断层与盖层配置关系的影响,油气沿断裂向上运移,从而无油气聚集;f₃、f₅两条断裂断层岩泥质含量均小于其在东二段泥岩盖层内垂向封闭所需最小的泥质含量,断层表现为垂向开启,即使断裂沟通了烃源岩与储层,油气也将穿过盖层继续向上运移,不利于油气富集。这一评价结果与南堡凹陷南堡5号构造东二段下部已发现的油气分布有着较好的吻合关系,表明该方法用于简便地判断断层垂向封闭性是可行的。     

多波长消色差全介质超透镜设计

介质超透镜因为其超薄、紧凑、且在波长尺度以下的单层平面结构特性引发了很多团队进行研究。然而,由于天然材料的原因,其色散问题非常明显,相比于传统透镜消色差的方法,超透镜的消色差避免了其他像差的干扰,同时结构也不会那么笨重。通过精心设计多个纳米柱结构,可以在不同波长下独立工作,从而实现良好的色散控制。设计了一个全介质超透镜,其NA为0.562 3,FWHM分别为464.2 nm,485.5 nm,583.1 nm。利用几何相位调控实现了对三个波长(473 nm,532 nm以及632.8 nm)的消色差设计。此超透镜的设计为不断发展的平面光学在消色差问题上提供了一种解决方法,同时也一定程度上引导了连续宽光谱消色差元件的设计,具有重要意义。     

基于超表面实现波长选择性波前整形（英文）

精确的、与波长相关的相位调制在许多领域中是必不可少的,比如超分辨成像、全彩色全息、微纳加工以及光通讯。这一要求很难通过单一的传统光学元件实现,一般需要使用多个光学元件组合完成。本文提出一种可以实现波长选择性波前整形的超表面设计方法。具体来说,本文设计了一种超表面,它能够对785nm波长的光做涡旋相位调制,同时不影响590nm波长的光保持原有相位分布。本文通过干涉仪以及对应点扩散函数的测量来验证不同波长下的波前分布。与已提出的空间复用方式以及色散工程的方法相比,我们提出的设计方法更加直接,优化难度小,适用于需要波长选择性编码的光学系统。本文所提平面光学器件对于需要波长选择性编码的光学系统具有重要应用意义。     

用于液晶投影显示的薄膜偏振分束器

为提高液晶投影机的光能利用率和图像对比度,设计了一种宽角度宽波长的光学薄膜偏振分束器（PBS）.采用多种薄膜材料产生多个Brewster角,通过优化膜层数目和膜层厚度,获得了宽角度宽波长的PBS.以SF57和SF2玻璃作为棱镜材料,采用TiO2、Ta2O5、Al2O3、SiO2作为薄膜材料,基于上述原理采用全自动的Needle设计方法,设计了4种典型膜系,优化后的膜层数目为50～60层,空气中的光束孔径角达到±10.5°,达到的技术指标为：对于P偏振光,在420～460nm和460～680 nm波长范围内,积分透射率分别达到88.0%和93.4%;而对于S偏振光,在420～680nm波长范围内,积分透射率为0.095%.该PBS应用于F/2.8的光学系统中,能够显著提高整个系统的性能.     

双波长选区激光熔化成形中F-theta镜头光学设计

在选区激光熔化成形设备中,F-theta镜头是其重要的组成单元,一般采用单一波长作为光源。为了改善选区激光熔化成形性能,首次设计了由三片球面透镜组成的用于共轴双波长选区激光熔化成形的f-theta镜头。通过引入负畸变实现线性扫描,并选择合适玻璃材料、结构设计来消除色差。在扫描面积为120mm×120mm范围内,适用激光波长为532nm和1080nm,对这两波长激光的聚焦光斑分别小于30μm和60μm,横向色差分离小于1μm,满足高精度双波长激光同时共轴选区熔化成形的应用需求。     

基于双纳米孔的超表面全息成像

为提高超表面的信息存储能力,从波长复用的角度出发,基于几何相位理论设计了一种由两种不同结构参数的椭圆纳米孔构成的超表面。利用时域有限差分法分析超表面的各参数的影响规律,通过超表面各个参数的调节,获得了530 nm和710 nm双工作波长下电磁波独立调控能力。并利用Gerchberg-Saxton算法对超表面的排布进行规划,利用该结果获得了同一位置双图像的呈现。530 nm处的成像图与原图像之间的均方误差约为0.082,710 nm处成像图与原图像之间的均方误差约为0.058,实现了超表面对于波长方面的双通道复用。     

固体浸没透镜静态光存储技术研究

固体浸没透镜(SIL)光存储技术是提高光存储密度的比较实用的光存储技术之一,本文采用波长650nm,出射功率10mW、聚焦物镜数值孔径0.65的大功率激光头作为固体浸没透镜初级光存储系统,同时结合SIL系统建立了完整的SIL静态存储系统,在CD-RW相变光盘上实现了刻录线宽为0.45μm的静态刻录结果,该结果与波长650nm初级光存储系统相比,记录线宽(0.65μm)压缩了1.44倍。     

增透膜的选择

在光学器件中，由于器件(如透镜、棱镜)表面的反射作用而使光能损失，为了减少光学器件表面的反射损失，常在器件表面镀上一层透明介质薄膜(称为增透膜)，增透膜的效果与介质薄膜的折射率、厚度等相联系。本文以光波的电磁理论为基础，讨论了光波入射介质薄膜的反射，推导出了反射率公式，并进行了讨论。结果表明：当介质薄膜的厚度d=λ0/4n2(2k 1)时，反射率有最小值Rmin=(n1n3-n2^2/n1n3 n2^2）（k=0，1，2…，n1，n2，n3分别为空气、介质薄膜、光学透镜的折射率，λ0光波在真空中的波长)，而当介质薄膜的折射率，n2=√n1n3时，反射率R=0，基本上无反射。     

PVA/PVP/SiO2复合膜过滤器的制备及油水分离性能

以钢丝网为基底,采用浸涂法制备油水分离膜过滤器。首先,将聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与纳米二氧化硅(SiO₂)制备聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化硅(PVA/PVP/SiO₂)复合材料;再将其浸涂在钢丝网上,置于戊二醛蒸汽中进一步交联,得到超亲水/水下超疏油的PVA/PVP/SiO₂复合膜过滤器。利用热失重表征了PVA/PVP/SiO₂复合材料的热性能;探究了PVP和SiO₂含量对膜过滤器表面润湿性的影响;同时,测试了复合膜过滤器的油水分离效率和重复利用率。结果表明：PVP和纳米SiO₂的加入提高了复合膜的热稳定性和水下疏油性,当SiO₂、PVP与PVA的质量比为0.5∶0.4∶1,PVA溶液的质量分数为10%时,所制备的PVA/PVP/SiO₂复合膜过滤器对油水混合物表现出优异的分离性能,初次油水分离效率最高可达到99.5%,分离通量可达到7 083.41 L/(h·m²)...     

LD端面泵浦Nd:YAG激光器耦合光学系统的设计

应用几何光学的方法,设计了用于半导体激光光束快轴和慢轴准直并聚焦的光学系统.并用ZEMAX光学设计软件给出了模拟结果.该系统由四个柱面微透镜组成.快轴方向采用椭圆柱透镜和圆柱透镜,慢轴方向采用两个圆柱透镜,实现了在对半导体激光光束准直(光束快轴方向得发散角由原来的30度减小到3.3度,慢轴方向由原来的10度减小到1.5度)的基础上聚焦光斑半径为86μm,满足了腔内泵浦光束的模式与振荡光模式的匹配,当泵浦光功率为1.8W时,获得100mw的473nm波长的TEM模激光输出,总的光-光转换效率为5.6%.     

光波导可调波分复用器

在 LiNbO_3上制作的光波导开关器件,可以通过适当的器件参数值使之成为复用波长连续可调的波分复用器.我们对这种器件进行了实验研究,并制成了2×2端口的 BOA 结构的波分复用器件.其测试结果为:复用波长间隔43nm,电压对复用中心波长的调节度3nm/V,最低串话比—26dB,插入损耗—7dB.     

二氧化硅包覆纳米碳酸钙的合成

以氨水、纳米CaCO₃和磷肥工业副产物氟硅酸为原料,制备了CaCO₃/SiO₂复合物。实验确定了SiO₂包覆CaCO₃的适宜条件:反应温度60℃,配料比m（SiO₂）/m（CaCO₃）=8%,反应终点pH值9.0,陈化时间8h以上,优化条件下,浸泡CaCO₃/SiO₂复合物24h的缓冲溶液c（Ca2+）=0.014mol/L,耐酸性能好,包覆后纳米CaCO₃的耐酸性能明显提高。对适宜条件下的包覆产品进行FTIR、XRD和粒度分析,结果表明:SiO₂与CaCO₃发生了化学键合作用,SiO2以无定型态包覆于纳米CaCO₃表面,包覆后纳米CaCO₃粒径变小,平均粒径44.67nm。 更多还原     

PHZS:Cu2+的EPR谱和局域结构研究

采用Cu2+离子正交对称电子顺磁共振（EPR）参量的高阶微扰公式计算K₂Zn（SO₄）₂·6H₂O:Cu2+的EPR参量g因子（g_x,g_y,g_z）和超精细结构常数（A_x,A_y,A_z）。研究结果表明,K₂Zn（SO₄）₂·6H₂O中[Cu（H₂O）₆]2+基团的Cu2+-H₂O键长分别为R_x ≈ 0.197 nm,R_y ≈ 0.213 nm,R_z ≈ 0.224 nm;中心金属离子基态波函数混合系数分别为α ≈ 0.978和β ≈ 0.209。所得EPR参量理论值与实验符合很好。     

场致双折射法测量硫系玻璃Ge28Sb12Se60直流克尔系数

硫系玻璃是一种重要的非线性光学材料,因其具有较强的红外高透性和较高的光学非线性,使得近年来在集成光子学、超连续光源和全光开关等领域引起了广泛关注。通过分析在不同外加电场强度下光束通过硫系玻璃Ge₂₈Sb₁₂Se₆₀样品偏振态的变化得到场致双折射现象引起的相位差,进而测量了硫系玻璃Ge₂₈Sb₁₂Se₆₀的直流克尔系数,并结合该材料的非线性光学特性,对实验结果进行了分析。最终结果表明,硫系玻璃Ge₂₈Sb₁₂Se₆₀具有较高的直流克尔系数,在相关的应用中具有一定的优势。     

激光通信链路光学保偏无级衰减器的设计

针对自由空间激光通信系统中通信链路性能的精确测试需求,设计了一款具备光学保偏性能的无级衰减器。基于三维偏振光追迹方法建立了光学保偏的数学模型;并利用两块相同的斜方棱镜,使其入射面在空间上相互垂直,实现了偏振像差的相互补偿。通过理论分析和数值模拟,所设计的衰减器达到了较高的技术指标:能量衰减系数的动态范围为-40d B~-3d B、衰减误差小于0.5%、系统波像差RMS优于λ/20(λ=974nm)。     

光谱共焦透镜组设计及性能优化

根据光谱共焦位移测量系统的测量原理,分析了光谱共焦测量系统中色散透镜组的性能对整个测量系统性能影响,并提出了设计要求。利用ZEMAX光学设计软件设计了2组透镜,第1组透镜加工装配后进行了性能测试,测量结果与设计结果符合很好。第2组透镜对性能进行了改进,从结果来看,像差、数值孔径、灵敏度及位移分辨率等指标都优于第1组透镜,达到设计要求。