亚波长周期结构抗反射介质光栅的衍射特性

用严格耦合波理论(RCWA)计算了当折射率取一系列离散值时的二维亚波长周期结构介质光栅出现一级衍射透射波的周期值,进而利用最小二乘法拟合出临界周期点随折射率的变化规律;利用一维单台阶和多台阶光栅在TE、TM偏振状态以及二维单台阶圆柱状光栅和二维金字塔结构多台阶光栅进行验证,发现它们同样满足临界周期点的变化规律。结果证明,对于任意面形的亚波长周期结构介质光栅的一级衍射效率都有这一规律。     

一维金属亚波长周期光栅的衍射特性

利用严格耦合波理论(RCWA)计算了一维金属亚波长光栅刚好出现一级衍射透射波时的周期/波长比(临界周期点),并利用最小二乘法拟合出临界周期点随光栅基底折射率的变化关系,即y=1/x。为了验证该规律的正确性,选取不同的金属材料、占空比、金属厚度、光栅周期、入射光偏振态进行计算分析。结果表明,对于一维亚波长金属光栅,一级衍射的出现都满足临界周期点的变化规律,并且与入射光的偏振态及波长无关,从而为设计一维金属亚波长光栅提供了仅存在零级衍射的条件。     

任意面形介质光栅的衍射特性分析

采用严格耦合波理论(RCWA)和多层近似法,详细的推导了任意面形介质光栅的衍射问题,得出了其矩阵求解方程,并采用增强透射矩阵法来避免直接求解带来的数值不稳定,提高了计算效率.使用该方法对梯形光栅进行了数值计算,结果表明采用严格耦合波理论和多层近似法,可以方便、有效地求解任意面形介质光栅的衍射效率问题,计算中光栅在不同参数下衍射效率的总和严格等于1,且未有数值不稳定性问题.     

周期结构FDTD算法的各向异性PML边界条件

本文建立了一种新的适用于周期FDTD计算的边界条件—周期/各向异性PML混合边界条件.计算验证表明,本文的方法改善了原来单向波边界的缺点,具有较高的精度,使周期FDTD算法进一步走向成熟.     

介质周期结构频率选择特性有限元法分析

采用有限元方法分析了平面波入射时介质周期结构的频率选择特性.截取一个完整的周期单元,内部应用有限元(FEM)方法计算;采用理想匹配层(PML)吸收边界、周期边界、入射边界相结合的方法对无限空间进行截断.几种边界条件的联合应用大大简化了开放空间问题的计算,保证了计算精度.算例结果与理论值符合较好,表明有限元方法在分析此类问题中的正确性和有效性.     

网络分解直线法结合周期边界条件分析开域微带结构

本文用网络分解直线法结合周期边界条件,以平面波激励,通过贴片电流提取相关参数的方法,分析开域微带结构。阻抗元素计算和减缩方程求解,分别使用快速傅里叶变换和网络分解技术,从而大大提高了计算效率。周期边界模拟开域的收敛性研究和计算时间的比较表明了该方法的有效性。最后计算了矩形贴片平面谐振器的谐振频率,其结果与已发表的值吻合很好。     

亚波长表面正弦介质光栅的高反射特性

用扩展边界条件法研究了亚波长表面正弦形介质光栅中的电磁场分布及其各级衍射效率。计算结果表明,在适当的参数条件下,表面正弦光栅具有全反射的特性,在一个较宽的带宽范围内实现了99．9％的高反射。     

周期可变光栅的研制及应用

设计制作了一种用形状记忆合金驱动的周期可变光栅。用硅微细加工技术制作一种类似弹簧结构的光栅，将光栅与形状记忆合金相连。通上电流，合金温度改变引起形变，因此可以拉伸光栅，并改变光栅周期。对合金的形变特性及光栅的衍射特性都作了测试。实验表明，光栅最大可被拉伸10％，衍射角变化为0．32mrad。     

开放式圆柱光栅周期结构的色散特性分析

研究了一种新的开放式圆柱光栅周期结构,该结构可以作为Smith-Purcell自由电子激光和相对论行波管中的慢波结构.采用近似的场论方法,用一系列相连的矩形阶梯来近似代替光栅上任意槽形的槽的连续轮廓,利用各阶梯面上导纳的匹配,以及槽与互作用区的连续和匹配条件,获得了任意形状槽圆柱光栅周期结构的色散方程,并讨论了系统结构参数变化对系统色散特性的影响.利用软件MAGIC对结构的色散特性进行了二维模拟,与理论计算得到的值符合良好.     

一维周期光栅的菲涅耳衍射研究及光栅常数的测试

基于标量衍射理论研究一维周期振幅型光栅在不同照明条件下的光波场分布,理论上获得了平面波和球面波照明条件下的菲涅耳衍射场的分布特征,并给出实验证明。根据研究结果,提出一种测量光栅常数的方法,并将该方法与用分光计测量的结果进行比较。通过实验证实了所提出方法的可行性。     

制作光纤光栅用相位掩模的衍射行为研究

利用严格耦合波理论对用于光纤光栅制作的相位掩模的衍射特性进行了深入的研究.研究发现,在紫外写入波长(248 nm)下,为了使零级衍射效率＜5%,且±1级的衍射效率＞35%,相位掩模的刻槽深度必须控制在230～280 nm,占宽比必须控制在0.48～0.65.同时,与标量衍射理论的结果进行了分析对比.这些都为相位掩模的实际制作提供了有意义的结果.     

有限元法求解任意折射率分布光纤波导截止波长

本文应用有限元方法,求解了任意径向非均匀折射率分布圆柱对称介质波导中纵向场耦合波动方程定解问题所对应的变分问题,计算了任意径向非均匀折射率分布介质波导的截止波长。阶跃光纤与幂指数折射率分布光纤计算结果与文献结果的比较表明,该方法计算结果精度高且不需要弱导或高斯模场分布等限制要求。然后本文研究了带阶跃环的三角型分段折射率分布光纤归一化截止频率随结构参数变化的规律。     

新型衍射光学元件实现三维立体显示的原理及设计

基于部分像素衍射屏的原理,提出一种结构更为简单,更易实现的新型衍射元件（ＤＯＥ０。给出这种衍射元件的设计方法,与以往的衍射屏进行了比较。并用人工拍摄和机器光刻两种制作出演示ＤＯＥ。给出了验证其有效性的设计实例。     

位相型衍射光学元件单元结构衍射因子的研究

对位相型衍射光学元件单元结构的衍射因子进行了研究,推导出相应不同的时的几种元件衍射强分布的表达式,给出相应的衍射曲线,并对此进行了分析比较。     

矢量的扇形图示与二元光学元件衍射效应分析

本文运用矢量的扇形图示方法,分析了二元光学元件衍量图样的分布,并在该图示基础上推导了强度分布公式。该方法直观简便,表现了矢量图分析方法在解决衍射问题中的优点,对于设计和改善元件性能有一定实用意义。     

船锚撞击埋设海光缆的有限元分析

利用ANSYS/LS-DYNA进行了船锚撞击埋设海光缆的有限元分析,明确了船锚冲击对海光缆中信号光纤和参考光纤的长度形变量差的影响,结合光纤振动传感系统的传感模型,得出监测到的电流信号的波形。     

曲面GRIN光学元件近轴光学参数的通用算法

本文利用矩阵和常数ＫＧ方法推导了曲面梯度折射率光学元件的近轴参数，如焦距、象方截距，焦截距，线放大率与主点位置，角放大率与节点位置的表达式，并讨论了势物面形径向对称曲面ＧＲＩＮ光学元件的成象特性，当度为半周期的整数时，发现了其有趣的现象，得出了一些有益的结论。     

光波导计算中全矢量-罚项有限元方法新解

数值求解光波导模式的方法,矢量元方法应用比较普遍,能够消除伪模,但由于矢量元的构造和求解过程比较烦琐,而用传统的节点有限元方法求解全矢量波动方程时,在得到物理模式的同时,也出现了伪模。本文在传统的罚项节点有限元方法的启发下,从麦克斯韦方程组本身的物理意义出发,导出了伪模的产生源,并对传统的罚项做了改正,大大提高了数值解的质量;尽管没有彻底消除伪模,它相对于矢量元方法优越的地方,体现在解(本征值)的精度,模场的特性,和高的数值稳定性等方面。     

AWG在谱域幅度编码光码分多址系统中的应用研究

分析了谱域幅度编码的光CDMA通信系统的特点及其对编解码器的要求,根据阵列波导光栅的复用和解复用功能,设计了用于该通信系统中的两种阵列波导光栅编解码器。基于修正素数码MQC码,考虑接收机的热噪声和散弹噪声,采用数值分析的方法,研究了谱域幅度编码的光CDMA系统的通信性能。分析结果表明,由于AWG编解码器可以提供足够多的波长数,基于AWG编解码器的谱域光CDMA通信系统具有很好的误码率性能,可以同时容纳更多的用户数。     

FEM/BEM混合法计算各向异性不均匀介质柱电磁散射

应用有限元-边界元(FEM/BEM)混合法计算二维各向异性不均匀介质柱电磁散射,对介质柱内、外区域分别采用有限元和边界元法进行分析,然后应用边界条件建立部分稀疏部分满填充的矩阵方程.应用内观法结合多波前法求解该矩阵方程,分别计算了均匀分布和不均匀分布的各向异性介质柱的雷达散射截面.数值计算表明,有限元-边界元混合法在分析和计算不均匀开放域电磁问题时有一定的优势.