在一些环境比较恶劣的情况下,需要密封使用的变倍望远镜,经常会将转像及变焦集成到目镜上,这样更有利于整体进行密封设计。因此设计了一种在可见光波段具有实像面转像变焦目镜的方案。通过对目镜初始结构的分析,高斯光学的计算,运用Zemax软件对选定结构进行优化设计,得到三组元4倍变焦目镜。目镜在变焦时入瞳的位置保持不变,出瞳位置的变化在3 mm之内。传递函数曲线、畸变和倍率色差均符合目视光学系统的设计要求。根据动态光学理论,用Matlab软件设计了凸轮曲线,使得变焦的过程中像面比较稳定,调焦平滑。虽然目镜结构略显复杂,但光学镜片均采用球面,降低了整体目镜的成本,而且便于加工装配。

利用石墨烯与金属相结合的方法提出了一种新型超材料吸波体结构,通过改变外加偏置电压来改变石墨烯的费米能级,在微波段分别实现了单频和宽频的振幅可调性,并阐述了其电磁吸波及振幅可调的机理。对单一频段下的超材料结构进行了模拟仿真,结果表明,当结构参数不变时,吸波体的吸收强度随石墨烯费米能级的增加而不断减小,最大调制深度达到了58.6%。当石墨烯费米能级为0 eV时,吸波体的中心频率随结构参数的改变而改变。基于多吸收峰叠加扩展带宽的原理,利用不同尺寸单元的排列实现了宽频吸波的特性,并通过仿真模拟证明了该宽频吸波体具有振幅可调的性质。

为提高发光二极管(LED)光提取效率,根据等效介质理论在LED钝化层(SiN_x)表面设计并制作了一种截头圆锥形微结构阵列。通过模拟重点分析了微结构的底面占空比、底面直径、高度和倾角对提高LED光提取效率的影响,得出微结构的底面占空比为0.55、底面半径为220 nm、高度为245 nm、侧面倾角为70°时器件的光提取效率最优,是无表面微结构器件的4.85倍。采用纳米球刻蚀技术在LED钝化层表面制备该亚波长纳米结构,并与无表面微结构的LED芯片进行电致发光对比测试。结果表明,制作有微结构的样品在20 mA和150 mA工作电流下的发光效率是无微结构参考样品的4.41倍和4.36倍,计算结果与实验结果比较一致,说明在LED钝化层制作该结构可有效提高光提取效率。

为提高氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)的光提取效率, 基于等效介质理论设计了底面100%占空比、半径为320 nm的正方形孔径纳米半球阵列。利用时域有限差分法(FDTD)对正方形孔径纳米半球阵列结构底面占空比、半径对光提取效率的影响进行了仿真计算研究。仿真结果表明: LED p-GaN表面刻蚀半径为320 nm、底面占空比为100%的正方形孔径纳米半球阵列的光提取效率最优。采用电子束曝光配合热回流技术和ICP刻蚀完成正方形孔径纳米半球阵列的GaN基LED制作及测试实验。结果表明: 在20 mA和150 mA工作电流下, 有微纳结构的LED较无微纳结构的参考样品的发光效率分别提高4.67倍和4.59倍, 计算结果与实验结果比较一致, 说明加入方形孔径纳米半球阵列可以有效提高LED光提取效率。

激光防护是一种可广泛应用的技术, 论文针对目前红外激光防护技术中存在的可见光波段吸收强、镜面反射造成设备或人员损伤等问题, 提出一种形成于光学窗口表面的红外激光非镜面反射光学微结构, 具有对可见光透过率影响小, 同时对1 064 nm红外激光大角度散射的功能, 从而实现激光防护。文中采用光线追迹方法设计具有移位结构的双面微柱透镜阵列, 阵列周期T与透镜单元曲率半径R之间需满足0＜T＜R/2■的关系。应用Virtual-Lab光学建模软件对设计的柱面微结构进行模拟, 模拟结果为: 可见光平均透过率下降7%, 对实用结果影响很小, 并可以通过可见波段镀制增透膜进行弥补; 1 064 nm红外激光反射率约为75%, 发散角大于30°。采用数字掩模光刻技术完成微柱透镜阵列实验, 实验结果与模拟结果趋势相同, 最终得出结论: 微柱透镜阵列能实现大角度散射, 能够极大降低激光单一方向反射回波能量, 从而达到了激光防护的目的。