摘要：分束角度是衍射型激光分束器件重要性能指标之一。目前对大角度衍射分束元件的研究局限于Dammann光栅,Dammann光栅依靠周期内相位突变点对入射光波进行调制,其分束均匀性对突变点精度非常敏感,现有加工技术无法满足设计精度的要求。针对这一问题,提出利用亚波长多台阶结构来实现大角度的激光分束,给出了一个1×16,入射光波长1.55μm,衍射角29°的16台阶亚波长分束光栅设计实例。设计时利用标量理论获得一个多台阶结构作为初值,经严格耦合波理论结合遗传算法进行矢量优化后衍射效率达到89%,均匀性误差为4.53%。结果表明,亚波长多台阶结构能够实现大角度、高衍射效率以及高均匀性的激光分束。

摘要：设计了连续浮雕衍射微透镜和与其等效的二元亚波长衍射微透镜 ,采用旋转体时域有限差分法对通过计算机辅助设计出的元件进行了严格的矢量分析 ,给出了各元件在焦平面的场强分布 分析结果表明 ,本文设计的二元亚波长微透镜对连续浮雕微透镜有很好的等效效果 ;填充因子的脉冲宽度调制法要优于填充因子的线性近似法 ;

摘要：亚波长薄膜堆栈超构材料,作为超构材料领域一个特殊的组成部分,因其具有亚波长厚度、无需复杂光刻加工以及可低成本大面积制备等诸多优点,吸引了人们越来越多的关注。本文聚焦回顾近些年亚波长薄膜堆栈超构材料相关研究进展,首先简要回顾了多层薄膜堆栈体系的基础理论研究方法,侧重介绍了亚波长薄膜堆栈超构材料的新理论新设计;接着,着重介绍了基于亚波长薄膜堆栈超构材料的若干典型应用,具体包括结构色调控、光致发光增强、窄带红外光源、红外伪装以及其他一些有趣应用;最后,探讨并展望了亚波长薄膜堆栈超构材料领域未来的发展方向以及其可能遇到的问题挑战。

摘要：研究了玻璃(折射率n=1.52)表面周期性台阶结构的宽波段抗反射特性。利用等效媒质理论,对单台阶和二台阶结构进行了参数设计,并用严格耦合波理论对设计的台阶结构进行了入射光波长、入射角的反射效率、反射级次特性分析计算。研究结果表明:当亚波长纳米结构的周期低于周期阈值时,随着入射波长的增加只有零级衍射;台阶层数的增加,可增加红外抗反射入射波长和入射角的范围。二台阶结构可以在可见光和整个红外波段的反射率都低于1%。在玻璃表面上制备的台阶结构和基底为一体,这种方法克服了抗反射膜层的许多不足,其附着力、抗蚀刻、渗透扩散等问题均不存在,适用于受温度和湿度等环境因素影响较大的可见光及红外抗反射器件的设计和制作工艺中。

摘要：由于光存在衍射极限,因此传统方法不能实现亚波长尺度下的激光激射。为了打破这一衍射极限,本文设计了金属-介电层-半导体堆叠结构来实现深亚波长尺度下的激光激射,并讨论了相关结构对模式传播的影响。结构设计上,采用低介电常数金属银作为衬底、10 nm厚的LiF作为介电层、具有六边形截面的半导体纳米线ZnO作为高介电常数层,采用有限差分本征模和时域有限差分方法对所设计的结构进行光学仿真模拟。首先,通过改变ZnO纳米线的直径,使用有限本征模方法分析介电层中的光学模式,得到4种模式分布。然后,通过这4种光学模式在不同纳米线直径下的有效折射率和损耗计算了对应的波导传输距离以及激射阈值增益。最后,采用三维时域有限差分方法仿真分析纳米线稳态激光发射过程中各模式的电场分布。结果表明:在纳米线和金属衬底之间的介电层上存在混合等离子体模式和混合电模式,对于直径低于75 nm的ZnO纳米线,没有有效的物理光学模式,即混合等离子体模式和混合电模式都被切断,当ZnO纳米线的直径大于75 nm时,混合等离子体模式可以有效存在,而混合电模式在ZnO纳米线的直径达到120 nm之后才出现。虽然混合等离子体模式可以更好地限制在介电层中,但是它们的模式损耗太大,传播距离相对较小。此外,与混合等离子体模式相比,混合电模式的传播距离更长。在给定微米线的直径(D=240μm)下,混合电模式传播距离超过50μm。综上可知,在深亚波长尺度下利用混合泄漏模式可以打破光学衍射极限并实现激光激射。

摘要：提出同时优化亚波长金属透镜结构凹槽宽度和深度,以改善亚波长金属透镜的聚焦特性.基于有限时域差分法,详细研究了凹槽宽度和深度变化对其焦斑的峰值半宽、焦斑强度、归一化聚焦效率以及焦距的影响.通过探讨金属透镜的聚焦规律及其物理机理,给出了金属透镜的优化设计方法,为利用金属透镜实现光波的纳米聚焦及灵活操控提供了理论基础.

摘要：利用严格耦合波理论设计出亚波长抗反射光栅 ,并通过等离子体辅助刻蚀制作出了立方状抗反抗光栅 .测量结果发现该光栅具有良好的增透特性 ,并且测得光栅参数和理论设计参数基本一致 ,表明等离子体辅助刻蚀是制作深光栅的有效方法 .对实验结果进行了分析和讨论 ,结果表明 。

摘要：以矢量严格耦合波（RCWA）理论为基础，通过遗传算法优化设计了圆柱形ZnSe亚波长微增透结构，获得了具有较好增透效果的结构参数；重点讨论分析了实际加工过程中圆柱形方向偏差及整体面形轮廓偏差对抗反射特性的影响；还对多台阶ZeSe增透性能随高度的变化进行了分析。结果表明：当圆柱形微结构周期为3.3 μm,高度为1.7517 μm,占空比为0.7566时,在8~14 μm波段范围具有较好的整体增透效果；占空比偏差，高度偏差及圆柱体面形轮廓偏差对结构的平均透射性能都具有较大的影响；圆锥形ZnSe微结构的透射性能随着高度和划分层数的增加呈现一定的规律分布，且相比圆柱形最优微结构,平均透射性能有了较大幅度的提高。

摘要：为了实现轻量化的大数值孔径红外透镜,基于模式耦合理论,建立了金属薄膜上方形孔对入射光场相位调制与方孔边长尺寸、深度的关系,在此基础上,提出了一种可实现大数值孔径的亚波长金属结构薄膜透镜。采用数值模拟方法对此透镜的聚焦特性进行了模拟仿真,结果表明:对于10.6μm的入射波长,口径尺寸为300μm的透镜可实现半高全宽仅为4μm的聚焦光斑,其等效的数值孔径高达3.3,充分证明了这类透镜在实现大数值孔径方面的优势,为设计轻量化的高分辨红外光学元件提供了新的方法。

摘要：为了研究玻璃衬底上的亚波长紧凑金属柱阵列薄膜的光透射增强特性,采用3维时域有限差分法进行了模拟,得知该膜的增强光透射谱呈现单主峰带结构,透射谱的峰值位置和带宽也因金属柱阵列周期和金属柱高度的不同而不同,并对金和银两种金属的模型进行了优化计算和分析。结果表明,银柱阵列的峰值归一化透过率最大可达到4.55,通过改变阵列周期可使峰值波长在800nm^1600nm之间变化,其透射带的半峰全宽也由220nm增加到380nm。此研究结果为光带通滤波微器件的设计提供了一种新的方案。