1 苏州大学光电科学与工程学院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏 苏州 215006
2 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室，教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
变参量微纳结构在二维平面内交叉、分段排布可以实现超表面器件的多路复用和多功能集成。为实现交叉、分段变参量微纳结构的干涉制备，提出了孔径光阑与相位元件联合调制的傅里叶变换光学系统。利用透镜的傅里叶变换特性和相位元件衍射光线的几何传播特性，阐明了傅里叶成像面上交叉、分段分布的多干涉光场的生成方法与调控规律。同时，针对目标分布的变参量微纳结构，反演设计了多像素孔径光阑与基于光栅和变参量光栅的相位元件，实验获得了交叉、分段分布的多干涉光场。将多干涉光场与微缩投影结合可制备分段排布的纳米光栅。将动态调控的多干涉光场分时复用可制备分段排布的变参量纳米光栅。
光学设计 相位调制 4f光学系统 空间变参量 干涉光刻
1 苏州大学 光电科学与工程学院，江苏苏州25006
2 苏州城市学院，江苏苏州15104
3 苏州大学 纳米科技协同创新中心，江苏苏州215006
4 苏州大学 江苏省先进光学制造技术重点实验室 & 教育部现代光学技术重点实验室， 江苏苏州215006
几何相位的超表面透镜不同于传统折射透镜，相位波前的调制并不依赖于传播过程的累积相位，而是通过空间变化的单元结构改变局域偏振态，引入共轭的附加相位使光束聚焦。为了实现几何相位超透镜变参量结构的干涉制备，提出了空间变参量相位元件调制的傅里叶变换光学系统，利用4f光路的傅里叶变换原理以及相位元件衍射光线的几何传播特性，分析了相位元件空频、取向以及分布区域等对系统成像面光场特性的影响，阐明了空间变参量相位元件分段调制入射光，同时生成多个干涉光场实现变取向、变周期微米结构的制备方法。在此基础之上，利用设计制备的变参量相位元件，生成了圆、环分布下变参量干涉光场，制备了变取向、变周期，半径为1 892 μm的微米光栅结构，光栅取向为0°，125°，235°，周期分别为7.22，6.51，5.78 μm。该系统光路简单，易与投影曝光相集成，为基于空间变参量结构单元的几何相位超透镜的制备提供了一种新的途径。
干涉光刻 4f光学系统 空间变参量 相位调制 interference lithography 4f optical system space-variant structure phase modulation 光学 精密工程
2022, 30(15): 1836
1 苏州大学光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室、教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州215006
3 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心, 江苏 苏州 215006
提出了一种反射型超表面滤光结构,该滤光结构由基底、低折射率纳米光栅、Ag光栅、SiNx高折射率介质层组成。理论模拟结果表明:45°入射角下,在垂直于光栅栅线的入射平面内,反射谱峰值出现在475 nm波长处;在平行于光栅栅线的入射平面内,反射谱峰值出现在550 nm波长处。其电场分布特性表明,在不同的平面内TE偏振入射光激发的导模共振区域不同,TM偏振下激发的导膜共振强度与表面等离子体共振强度不同,导致该结构在垂直于光栅栅线方向与平行于光栅栅线方向的两个平面内表现出两种截然不同的颜色。基于此制备的超表面结构样品不但光变色效果明显,且易于与纳米压印工艺相结合实现大幅面光变色结构制备,在防伪和图案信息编码等领域有广阔的应用前景。
光学器件 一维超表面 反射式滤光 光变色 表面等离子体共振 导模共振 光学学报
2021, 41(20): 2023001
苏州大学光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
柔性光电子器件对微纳制造技术提出了更高、更多维度的要求,包括大幅面、表面复杂结构、跨尺度、透明或柔性基底等。主要介绍基于相位元件调制的3D激光直写技术和紫外连续变频光刻技术,它们可分别实现复杂表面浮雕结构和像素化纳米结构的精确制备。此外微纳结构限定性生长或涂布方法提供了一种绿色环保的材料功能化手段。借助微纳结构图形化、功能化平台,最后介绍了新型柔性光电子材料/器件的应用创新。可以预见,微纳光制造技术将推动柔性光电子产业的持续创新发展。
光学器件 柔性 光电子器件 绿色制造 微纳制造
1 苏州大学 光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 苏州大学 文正学院, 江苏 苏州 215104
3 苏州市计量测试研究所, 江苏 苏州 215128
针对传统自适应前照灯系统借助于外置传感器实现行车数据采集所存在的传感器繁多、成本较高和安装不便等问题, 结合车联网发展趋势, 设计了一套基于车载诊断接口(OBD)的汽车前车灯自适应照明系统。该系统主要特点在于能够实现车载总线协议的自适应解析, 并通过车载OBD接口读取自适应照明系统所需的车速、方向盘转角等行车信息。同时, 样机测试结果表明, 前照灯理论转角与实际转角的平均误差小于5%, 满足系统功能要求。
自适应前照灯 OBD接口 协议解析 车联网 adaptive front lighting system on-board diagnostic (OBD) interface protocol analysis internet of vehicle
1 苏州大学现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
2 苏州大学信息光学工程研究所, 江苏 苏州 215006
提出了一种基于4f成像系统和衍射光栅结构的连续变频技术，利用该技术设计并制造了一套三维(3D)图像激光打印系统，可实现幅面为15 cm×20 cm的大视角(大于90°)、真彩色3D图像的激光打印输出。分析了3D图像中的变频结构特性，获得了变频结构参数的数学表达式。详细解析了连续变频结构的实现原理，推导了变频规律。通过实验证实了连续变频原理与输出系统的有效性，实现了彩色3D图像的激光打印输出。
全息 三维打印 空频调制 激光直写
苏州大学 信息光学工程研究所， 江苏 苏州 215006
研究了金属-介质-金属结构在可见光波段的反射滤光特性。该结构由柔性透明基底、金属层、介质-金属纳米光栅结构组成。利用严格耦合波分析法(RCWA)模拟了TM偏振光入射时，亚波长介质-金属光栅的占宽比、周期和厚度等结构参数对反射光谱特性的影响。理论模拟结果表明：光栅的结构参数变化可改变反射波段，进而调节滤光颜色。在此基础上，进一步优化结构参数，得到了基于减色法的彩色滤光片结构，获得了青色、品红色和黄色三原色。该结构的主要优点是，当入射角在0～45°范围内变化时，反射光谱谷值位置和反射带宽基本不变。本文所提出的结构特别适合用于反射式彩色显示。
金属-介质-金属 光栅 彩色滤光 严格耦合波分析法 metal-dielectric-metal grating color filter rigorous coupled-wave analysis
苏州大学信息光学工程研究所, 江苏 苏州 215006
提出了一种基于一维亚波长金属光栅结构的具有偏振片和彩色滤光片功能的偏振型彩色滤光片。该金属光栅由基底、介质光栅层介质层和金属光栅层等三部分组成。采用严格耦合波理论分析了介质光栅层介质层和金属光栅层对光谱特性的影响，模拟结果表明高折射率介质层介质光栅层的存在，能有效提高彩色滤光片的性能。给出三色彩色滤光片优化的结构参数，获得同时具有透射率大于72.6%的宽带滤波和偏振消光比大于40 dB的光谱输出。其中红色滤光片的中心波长650 nm，透射率极值72.60%；绿色滤光片的中心波长550 nm，透射率极值79.86%；蓝色滤光片的中心波长445 nm，透射率极值77.00%。通过循环利用TE偏振光，其透射率极大值可提高至117.8%。
衍射 金属光栅 偏振 彩色滤光片
苏州大学信息光学工程研究所， 江苏 苏州 215006
研究了一维亚波长光栅结构彩色滤光片在可见光波段的透射光谱特性。该彩色滤光片由柔性透明基底、介质光栅和金属光栅构成。利用严格耦合波分析法(RCWA)模拟了占空比、介质光栅的厚度、金属光栅的厚度和周期等结构参数对彩色滤光片的透射光谱特性的影响，并在此基础上优化结构参数，设计出一种宽带宽、高透射效率且易于加工的彩色滤光片。该彩色滤光片带宽为85~100 nm，色纯度好；具有高达95%的偏振（TM）光透射效率；只需改变光栅的周期，就可获得针对R，G，B三色的透射光谱，降低了加工彩色滤光片的难度。与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比，所设计的彩色滤光片的中心光谱透射效率提高了12%，且减少了三色输出光谱之间的重叠区域，从而提高了彩色滤光片的色度性能，适合作为液晶平板显示中的滤光器件。
光学器件 亚波长光学 滤光片 严格耦合波分析法 光栅
苏州大学 信息光学工程研究所， 江苏 苏州 215006
为进一步提高彩色滤光片的色度性能和光能利用率，设计了一种宽带宽高透射率的亚微米埋入式光栅结构，该结构由PMMA基底、ZnS膜层、二维Al金属光栅和SiO2覆盖层等组成。采用严格耦合波理论分析了ZnS膜层厚度、周期、占空比等结构参数对透射光谱特性的影响，并在此基础上优化结构参数，获得了宽带宽滤波输出。当透射光谱中心波长为635，530和455 nm时，相应透射效率分别为68%，78%和71%，半极大值处全宽(FWHM)约为100 nm。计算结果表明，与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比，所设计光栅结构的中心光谱透射效率可提高19%，并有效减少了三色输出光谱之间的重叠区域，提高了彩色滤光片的色度性能。
亚微米埋入式光栅 宽带光谱 彩色滤光片 submicron embedded grating broad band spectra color filter
