1 浙江工业大学 理学院，浙江杭州30023
2 杭州谱育科技发展有限公司，浙江杭州31111
为了有效抑制激光散斑，真正实现激光显示和成像系统的大色域、高亮度和超优画质，提出了基于履带式运动柔性衍射光学器件（Diffractive Optical Elements， DOE）的散斑抑制方法，对柔性衍射光学器件的设计、制造、耐久性和散斑抑制效果进行了研究。首先设计了柔性衍射光学器件的光学结构，并描述了履带式运动柔性衍射光学器件形成动态二维衍射编码的机理；接下来介绍了柔性衍射光学器件的模板制备、热压成型、连接成环的工艺方法；之后搭建激光投影显示系统对所研制的聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride， PVC）和聚丙烯（Polypropylene， PP）两种材料的柔性衍射光学器件的散斑对比度和耐久性进行实验研究。实验结果表明，提出的基于履带式运动柔性衍射光学器件的激光散斑抑制方法，可将红绿蓝三色激光的散斑对比度降低到5%以下，同时系统具有小型化、低功耗的优点。在长达三十天的耐久性实验中，聚氯乙烯和聚丙烯两种材料的柔性衍射光学器件都没有明显形变和散斑抑制效果的衰减，且PP材料柔性DOE比PVC材料柔性DOE散斑抑制效果更明显、耐久性也更好。满足大色域、高亮度、超优画质的要求，并具有小型化、低功耗、高可靠的优点。
激光散斑抑制 衍射光学器件 耐久性 散斑对比度 聚丙烯 laser speckle suppression Diffractive Optical Elements （DOE） durability speckle contrast Polypropylene （PP）
1 浙江工业大学 环境学院, 杭州 310014
2 浙江工业大学 理学院, 杭州 310023
基于狭缝波导和热光学调制的耦合特性, 提出一种尺寸为15 μm×20 μm的绝缘硅基底的超小型微环谐振器, 该器件可通过调节加热器功率调节其带宽.用时域有限差分法模拟其可调谐特性, 结果表明, 当加热器功率从0 mW增加至0.742 mW时, 1550 nm入射光的TE模式在1 900 nm波长下的带宽可调范围为2.5 nm, TM模式在1 543 nm波长处的带宽可调范围为3.1 nm.该器件尺寸小、驱动功率低、可调谐带宽范围大, 适用于动态集成光信号处理, 如重构滤波和布线等.
集成光学 狭缝波导 时域有限差分法 微环谐振腔 热光调制 Intergrated optics Microring resonator Finite difference time domain Slot waveguides Thermo-optical modulation
1 浙江工业大学理学院, 浙江 杭州 310023
2 浙江工业大学环境学院, 浙江 杭州 310014
设计了一种高效的、基于多模干涉(MMI)的椭圆型十字光波导,通过增加模式匹配器和调整自聚焦点位置,降低其传输损耗。COMSOL仿真表明该波导在1550 nm 波长处的透射率高达96.5%,串扰损耗小于2×10
-5,而传统的椭圆型十字波导的透射率仅为91.2%。并且对椭圆型MMI的成像规律进行了理论分析和仿真验证, 结果表明这种新型椭圆型结构不但在1550 nm处表现出高效性,对整个1500~1600 nm的通信波段都具有非常低的损耗(小于0.2 dB)和串扰(小于-42 dB)。这种十字光波导尺寸小、结构简单,只需要在硅上绝缘体(SOI)基底材料上融刻一次即可实现,制备工艺简单,有利于节约成本和批量生产,广泛适用于未来的集成光路。
集成光学 波导 多模干涉 损耗 串扰 光学学报
2017, 37(10): 1013001
1 浙江工业大学 理学院, 杭州 310023
2 乌克兰国家科学院信息记录研究所, 乌克兰 基辅 03113
为了填补我国学术界和产业界在压贴三棱镜的国产化设计、制作以及测试等方面工作的空白, 研究了压贴三棱镜镜片结构设计理论, 并推导了压贴三棱镜镜片透过率以及畸变的计算公式, 数值模拟了不同材料、不同棱镜度数的压贴三棱镜的透过率以及压贴三棱镜的畸变情况.数值模拟结果表明: 与现有PVC材料相比, PMMA材料具有更大的阿贝系数和更小的材料吸收率, 是一种制作低成本压贴三棱镜的理想材料.利用金刚石切割工艺制作出精密的压贴三棱镜模版, 模版的表面光洁度达到14级, 并采用热压工艺, 在温度为180 ℃压力为130 kg/cm2的工艺参数下制作出不同棱镜度数的压贴三棱镜样片, 验证了以PMMA材料为基材、采用热压工艺制作压贴三棱镜的可行性.为了测试压贴三棱镜样片的实际棱镜度(Δ), 自主设计并搭建了压贴三棱镜棱镜度测量系统.实验结果表明: 对低(10Δ)、中(20Δ)、高(30Δ)三组压贴三棱镜样片的棱镜度测试结果与理论值的偏差分别为0.01Δ、0.04Δ和0.02Δ.所有样品的棱镜度偏差均符合国家医用棱镜的标准.因此, 所制作的压贴三棱镜样片具有较高的光线偏折精度, 为治疗儿童斜视疾病提供了一种高质量、低成本的产品方案.
菲涅尔棱镜 贴压三棱镜 斜视 透过率 棱镜度 Rigid Fresnel prisms Press-on prisms Strabismus Transmittance Prism diopter 光子学报
2017, 46(11): 1123003
1 浙江工业大学 理学院, 浙江 杭州 310023
2 浙江工业大学 义乌科学技术研究院, 浙江 义乌 322001
3 乌克兰国家科学院信息记录研究所, 乌克兰 基辅 03113
蓝宝石材料具有高度力学和化学稳定性,因此以蓝宝石作为衬底的光盘是实现长时数据存储的有效解决方案。但是,由于单晶蓝宝石材料具有明显的各向异性,当扫描光束入射到单晶蓝宝石基底表面时会发生双折射,从而使标准的CD读取系统对蓝宝石光盘失效。针对蓝宝石材料这一特性,建立了光束在单晶蓝宝石衬底中传输的物理模型,提出采用石英补偿板来补偿蓝宝石衬底像差的补偿机制。进行了数据读取实验,结果表明,采用所述像差补偿方法能够显著提高蓝宝石光盘光学信息读取系统的读取性能。
光学数据存储 蓝宝石光盘 长时数据存储 像差补偿 optical data storage sapphire optical disc long-term data storage aberration compensation
1 浙江工业大学 理学院，浙江 杭州 310023
2 浙江工业大学 义乌科学技术研究院，浙江 义乌 322001
3 乌克兰国家科学院 信息记录研究所，乌克兰 基辅 03113
为了解决长时数据存储的难题，开展了以数字格式在蓝宝石光盘表面写入数据的研究工作。根据艾林方程，分析了利用常用无机材料进行数据存储的数据失效时间。描述了在蓝宝石材料为基底的光盘上以数字格式记录数据的基本工艺流程，重点介绍了用于蓝宝石光盘的离子束刻蚀系统。实验结果显示，蓝宝石光盘表面刻蚀的信息坑宽度为0.6 μm，深度为0.2 μm，磁道节距为1.6 μm，符合ISO/IEC 10149:1995规定的CD-ROM格式数据存储要求，表明采用本文提出的方法实现蓝宝石光盘的数字化数据存储是可行的。此外，这种基本工艺流程不仅适用于蓝宝石光盘，同样适用于其它以高度稳定的材料(如石英玻璃)作为基底的光盘。
蓝宝石光盘 光学数据存储 长时数据存储 干法刻蚀 sapphire optical disk optical data storage long term data storage dry etching 光学 精密工程
2016, 24(10): 2456
基于铌酸锂光折变光栅和表面等离子共振(SPR)效应，设计了一种绝缘体-金属-绝缘体结构的滤波器，利用二维有限元法仿真得到，波长656 nm 时SPR 角度为46.399 5°。在定义了光折变复合折射率的基础上，理论推导了SPR 波长对双光束半角的灵敏度。最后研究了铌酸锂晶体内不同光栅周期时，宽光谱光源固定入射激励SPR的光谱特性，发现反射光谱中满足SPR 的波长被滤除；改变光折变光栅周期，SPR 所激励的波长发生偏移。该器件有望用来实现可调谐滤波。
滤波器 光折变光栅 表面等离子共振 二维有限元法 铌酸锂 filter photorefractive grating surface plasmon resonance two-dimensional finite element method LiNbO3
1 浙江工业大学 理学院, 浙江 杭州310023
2 浙江工业大学 光学工程研究所, 浙江 杭州310023
3 乌克兰国家科学院 信息记录研究所, 乌克兰 基辅03113
针对儿童斜视辅助治疗的色散问题, 提出了利用微棱镜阵列组消除压贴三棱镜中的色散现象的设计方案。通过压贴三棱镜平移光线, 用微棱镜阵列组进行色散补偿, 设计了一个新颖的组合光学系统。阐述了微棱镜阵列组色散补偿的基本原理, 并利用几何光学软件仿真了组合光学系统的色散、透过率等光学参数。点列图以及扩散函数图等仿真结果表明, 微棱镜阵列对于减少压贴三棱镜的色散有较明显的效果。
压贴三棱镜 微棱镜阵列 微结构三棱镜 色散 press-on prism micro prism array micro structure prism dispersion
为了实现在一种稳定的材料上制作简单的光栅耦合器，提出了在钛扩散铌酸锂波导上制作光折变长周期光栅耦合器的方案。利用有效折射率法和耦合模理论，确定了耦合器的结构参数，包括光栅周期为74.28 μm，两波导的分开距离为8 μm以及100%耦合情况下光栅的最小长度为2.42 cm。分析了传输光谱，得到3 dB带宽为5.20 nm。模拟结果表明，当光栅长度和偏移距离的容差分别为0.37 cm 和0.21 cm 时，耦合效率可以达到90%以上。该耦合器有望应用于粗波分复用系统。
集成光学 长周期波导光栅耦合器 耦合模理论 光折变光栅 铌酸锂
1 浙江工业大学 理学院,浙江 杭州310023
2 浙江工业大学 光学工程研究所,浙江 杭州310023
高性能X射线聚焦光学元件是实现亚微米分辨率微束X射线荧光分析系统(XRF)的关键器件。给出一种新型的微束XRF系统设计结构,介绍两种典型的X射线聚焦光学元件:X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的结构与光学参数。数值计算比较了X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的光学聚焦性能。分析结果体现了X射线聚焦组合透镜作为聚焦光学元件在焦斑大小、透过率、强度增益和检测范围等方面的优势。
X射线荧光分析系统 聚焦毛细管透镜 组合折射透镜 X-ray fluorescence system focusing capillary lens compound refractive lens
