摘要：超表面作为一种人工设计的二维阵列纳米结构,能够在亚波长尺度上实现光场波前振幅、相位和偏振态的灵活调控,为现代光学器件的小型化、集成化提供了全新的实现途径。随着光学成像、显示等应用的发展,在可见光波段具有高工作效率的微型光学器件的需求日益凸显。近年来,由高折射率、低损耗电介质材料制备的光学超表面得到了极大地发展,在消色差光学超透镜、偏振相关全息显示等方面展现出广泛的应用前景。文中围绕电介质超表面的相关研究,首先介绍广义斯涅耳定律及电介质超表面结构调控光场振幅、相位和偏振态的基本原理,在此基础上,重点回顾近年来关于光场波前单一参量调控和多参量联合调控在全息显示、结构光场产生等方面的研究进展,最后讨论电介质超表面发展的可能挑战与前景。

摘要：建立了环境温度对双层衍射元件衍射效率影响的数学模型,给出高衍射效率衍射元件的优化设计方法。通过选择宽温度范围内设计波长对,计算衍射元件微结构参数,确保双层衍射元件在基底材料确定的情况下仍具有高衍射效率,发现混合成像光学系统具有最佳像质。最后设计了一套含有此双层衍射元件的中波红外混合成像光学系统。结果表明,与传统设计相比,本文方法能够有效地改善混合成像光学系统的无热化设计像质,设计结果更好。

摘要：焦散线理论是利用光传播轨迹切线簇构造初始波前的一种方法。基于焦散线理论设计和传输的表面波具有局域场增强、传播轨迹可控等优点,在光学显微、光学传感、调控光波耦合等方面具有重要的应用。提出了一种基于焦散线理论的布洛赫表面波激发光栅结构设计方法。利用双线性光栅结构进行数值模拟实现了可传播100μm的类无衍射表面波,并分析了光栅结构参数对表面波耦合效率的影响。进一步,根据焦散线理论设计了一种简单的光栅结构,经模拟计算,该光栅结构能够实现沿任意轨迹自加速传输表面波的激发调控。研究结果为操纵亚波长尺度下光波的传输和片上光互联的端口设计提供了一种有效途径。

摘要：采用时域有限差分法,数值研究了紧聚焦角向矢量光激发下硅环-开口金环纳米天线的远场散射特性.结果表明:紧聚焦的角向矢量光可在硅纳米环和开口金纳米环中分别激发出不同峰宽的磁偶极模式;由于模式间的杂化效应,两种磁偶极模式会耦合形成硅环-开口金环纳米结构的反键和成键模式;在峰谷1064 nm波长处,反键和成键模式间的相消干涉在面内形成了单向远场散射.进一步,详细研究了几何参数对单向散射的影响,并且借助该纳米天线的单向散射特性,实现了偶极光源的定向发射.研究结果提供了一种纳米光子结构远场散射的灵活调控手段,并有望为纳米光源、光学传感器等的设计和研发提供有益的参考.

摘要：基于ARTCAM-407UV-WOM型紫外探测器,结合光学系统成像性能要求和光学元件成像特性,提出一种基于Qcon非球面和衍射表面的日盲紫外折衍混合变焦光学系统设计方法。所设计的系统仅由5块透镜组成,采用氟化钙和熔融石英两种材料,工作波段为0.24~0.27μm,连续变焦范围为40~100 mm。分析结果显示,该系统在整个变焦范围内,奈奎斯特空间频率在11 lp/mm处的调制传递函数值均高于0.7,全视场畸变小于0.06%,表明该设计方法能够满足日盲紫外连续变焦系统结构简单、体积小、像质优良、像面稳定等设计和刑侦检测使用要求,对此类光学系统的设计具有一定借鉴意义。

摘要：基于衍射元件的特殊成像性质,使用双层衍射元件进行双波段红外光学系统设计已成为研究热点。使用双层衍射元件能够有效提升宽波段的衍射效率,在简化系统结构的基础上提高像质。将红外成像系统设计为制冷型结构,能够消除背景噪声干扰,保证100%的冷光阑效率。基于带宽积分平均衍射效率最大化方法,设计了一款含有双层衍射元件的制冷型双波段红外光学成像系统,实现了在双波段红外和宽温度范围下的无热化设计。光学系统含有三片透镜,仅由两种材料组成,入瞳直径为80 mm,焦距为100 mm,F数为1.25,有效视场为6°,工作波段为3.7~4.8μm和8.0~12.0μm,工作环境温度为-40~60℃。分析结果表明,在整个温度范围内,在17 lp/mm截止频率处,双波段红外光学系统所有视场的调制传递函数分别高于0.78和0.59,同时双层衍射元件在红外双波段的带宽积分平均衍射效率分别为99.35%和98.73%,综合带宽积分平均衍射效率为99.04%。此光学系统的结构设计简单,成像质量好,在军事和商业应用中具有一定优势。

摘要：基于斜入射衍射光学元件的正常工作模式,建立了斜入射下入射角度和入射波长对双波段双层衍射光学元件衍射效率影响的数学模型,给出了对应双层衍射光学元件的优化设计方法。通过在入射角度范围内优化设计波长对,计算双层衍射光学元件微结构高度,确保了斜入射时双层衍射光学元件仍具有高衍射效率,弥补了双层衍射光学元件的缺陷。该方法能够指导双波段折衍混合成像系统的设计,也可以扩展至多波段多层衍射光学元件的设计中。依据该方法,设计了一套基于双层衍射光学元件的中/长波双波段折衍混合光学系统。结果表明,与常规设计相比,该方法的设计理论更加合理,设计结果更优。

摘要：为了满足长波红外(LWIR)热像仪在宽温度范围下连续变焦的需求,基于LWIR 320 pixel×320 pixel型红外探测器,设计了一款非制冷长波红外连续变焦光学系统。该系统可在宽温度范围下实现无热化,采用常见的硫系玻璃,工作波段为8~12μm,总长为200 mm,仅由7片透镜组成。通过引入偶次非球面,可以使系统色差和轴外像差得到良好的校正,同时选用后固定组的最后一片透镜充当温度补偿组来调节焦距实现无热化。分析结果表明,该系统结构紧凑,可以在-40~60℃温度范围内和60~180 mm焦距范围内连续平滑变焦,并且全程成像质量良好(调制传递函数在20 lp/mm处均大于0.3),变焦和公差也具有良好的可实现性。

摘要：基于理查德-沃尔夫矢量衍射积分理论,数值研究了离轴矢量光束经过高数值孔径透镜后的紧聚焦特性.通过对比分析偏振奇点离轴的径向、角向矢量光束紧聚焦后,焦点附近的强度和相位分布规律,提出了一种由广义柱矢量光束设计紧聚焦场的方法.此外,通过分析矢量光束自旋分量的聚焦行为和自旋轨道耦合所诱导的自旋角动量分布变化,讨论了偏振奇点离轴对称破缺对高阶矢量光束紧聚焦场空间结构,特别是其自旋角动量空间分布的影响.该研究结果不仅对矢量光场的紧聚焦特性进行了补充,也为改进和完善焦场分布提供了理论参考.

摘要：采用基于马吕斯定律解耦调控光场振幅和相位的方法,设计了一种能够在可见光全波段实现近、远场空间双通道显示的平面液晶器件,分别通过调控透射场的振幅和相位实现器件表面图像显示及远场的傅里叶变换全息显示。利用远场共轭像强度与近场图像强度间的关系,通过压缩近场图像的强度区间,可以消除全息显示的共轭像。此外,通过调控外场电压实现图像开、关态间的动态调控及响应波长的管理。这种电控的空间和波长维度复用的显示方法,为拓展液晶器件的功能提供了一种新途径。