Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics and Electronic Information, Dezhou University, Dezhou 253023, China
2 College of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
3 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
4 Shandong Key Laboratory of Biophysics, Dezhou University, Dezhou 253023, China
In this Letter, we fabricate integrated metasurface of encoded dynamic phases and experimentally generate nonconventional Kagome-type lattices of no-second-order phase vortices. The thin metasurface acts analogous to an integration of three conventional optical elements, i.e., six pinholes located at the vertices of two concentric regular triangles of size ratio 1:2, six transparent discs of different thicknesses to introduce a total phase shift difference of , and a Fourier lens with a focal length in the micro-scale. A Kagome lattice with the required vortex distribution is realized at the “focal” plane of the metasurface under illumination of the plane wave.
Kagome lattice metasurface phase modulation Chinese Optics Letters
2020, 18(1): 012201
1 齐鲁工业大学理学院, 山东 济南 250353
2 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
利用多针孔孔径随机散射屏详细分析了夫琅禾费衍射区的散斑场中的相位和相位涡旋的统计特性，发现散斑相位涡旋的分布具有区域相似性和团簇现象，其中有2 个、4 个和6 个正负相位涡旋形成的独立单元。这些新现象与普通单一孔径形成的散斑相位涡旋的分布完全不同。改变随机散射屏前孔径上小针孔的数量和间距，散斑颗粒和相位涡旋的密度随着改变。
物理光学 成像系统 衍射 光学学报
2015, 35(12): 1226002
1 山东建筑大学理学院, 山东 济南 250101
2 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
将散斑场的研究拓展到超快激光领域, 进而引入了超快散斑的概念。首先在理论上研究了超快脉冲照明随机粗糙表面在菲涅耳衍射区域形成的超快散斑光场及其自相关函数，然后利用光场的自相关、强度系综平均和强度自相关等统计函数导出散斑强度自相关函数。发现超快散斑的强度相关随着时间的推迟逐渐呈现出周期性振荡的特征，且振荡频率依次增大。利用对菲涅耳衍射区超快散斑场的计算模拟，发现了诸如散斑颗粒随时间逐渐增大、颗粒中出现频率越来越大的干涉条纹以及干涉条纹由观察面两侧向中心方向依次消失等一系列全新的动态演化规律。
超快光学 散射 超快散斑 统计特性
1 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250015
2 山东理工大学理学院, 山东 淄博 255049
3 莱芜职业技术学院信息工程系, 山东 莱芜 271100
薄膜表面形貌定量研究有助于薄膜生长机理的认识。研究的薄膜是用激光脉冲沉积法(PLD)制备的ZnO:Ga(GZO)透明导电薄膜。由于GZO薄膜的生长是在远离平衡态情况下实现的，具备自仿射分形特征，可以用高度高度相关函数进行描述。通过对用原子力显微镜(AFM)获得的表面高度数据进行相关运算，定量地分析了PLD制备的GZO薄膜的生长界面特征，求出了描述粗糙表面的高度高度相关函数的三个重要参量W，ξ和α，发现制备的GZO薄膜生长符合Kuromoto-Sivashinsky生长模型。
薄膜 原子力显微镜 高度高度相关函数 表面形貌
1 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
2 山东建筑大学理学院, 山东 济南 250101
建立了反射式随机表面的光散射特性实验测量系统, 利用多幅平均及叠加连接的方法, 得出入射角在45°～85°之间不同值时的光散射轮廓。结果表明, 随着表面入射角的增加, 光散射轮廓的半峰全宽逐渐减小。并且当入射角的增加到一定值时, 光散射轮廓出现中央亮斑。由数学上的对称下降函数, 推导出光散射轮廓的半峰全宽随散射光波矢的变化关系, 从实验测得角分辩的的光散射轮廓中提取了自仿射分形随机表面的粗糙指数。与原子力显微镜测量得到的粗糙指数进行比较, 两者符合得很好。
散射 光散射轮廓 自仿射分形表面 半峰全宽 粗糙指数 原子力显微镜
1 中国科学院物理研究所和凝聚态物理中心光物理实验室, 北京 100080
2 山东师范大学物理系,济南 250014
3 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
从简谐光波满足的亥姆霍兹方程出发,将由格林定理得到的介质分界面上的积分方程转化为以表面上的光波及其导数为未知量的线性方程组,并对其进行数值求解,实现了光场的数值计算。然后将这一方法应用于亚波长尺度的小孔衍射的光波以及自仿射分形表面产生的随机光场及其在近场区域范围内的传播的计算。在随机表面产生的光场计算中,提出了类比推导夫琅禾费面上散斑场自相关函数的方法产生随机表面,以及计算其导数的傅里叶变换方法。对光场的计算结果表明,在近场范围内,光场随离开表面的距离的增加而迅速变化,其传播特性完全不同于光场在远场范围内的传播特性。
近场光学 格林函数 自仿射分形随机表面 小孔衍射
中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800
用离子束溅工艺在K9玻璃基片上沉积Ti薄膜,并用原子力显微镜对其表面形貌进行测量,通过数值相关运算,发现在此工艺条件下薄膜生长界面为各向同性的自仿射分形表面,并用粗糙指数、横向相关长度和标准偏差粗糙度对薄膜样品表面进行定量描述。利用自仿射分形表面的相关函数对数值运算的结果进行拟合,得出Ti薄膜生长界面的粗糙度指数α=0.72,相应的分形维数Df=2.28,并由此得到在离子束溅射工艺下Ti薄膜属于守恒生长的结论,其生长动力学过程可用Kuramoto Sivashinsky方程来描述。
薄膜光学 离子束溅射 钛 薄膜 自仿射分形
1 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800
2 华中科技大学激光技术与工程研究院,武汉,430074
利用反应离子束溅射、反应磁控溅射和电子束蒸发在K9基底上沉积ZrO2薄膜,并用原子力显微镜对薄膜表面形貌进行测量。通过数值相关运算,对不同工艺条件下薄膜生长界面进行定量描述,得到了薄膜表面的粗糙度指数、横向相关长度、标准偏差粗糙度等参量。由于沉积条件的不同,薄膜生长具有不同的动力学过程。在反应离子束溅射和反应磁控溅射沉积薄膜过程中,薄膜生长动力学行为均可用Kuramoto Sivashinsky方程来描述,电子束蒸发制备薄膜的过程可以用Mullins扩散模型来描述,并发现在沉积薄膜过程中基底温度和沉积过程的稳定性对薄膜表面特征影响很大。
薄膜物理学 薄膜 原子力显微镜 相关运算
在对随机弱散射屏进行表面参数的原子力显微镜测量和建立了门积分取样平均的随机光强自相关函数测量系统的基础上，对弱散射屏在严格像面和离焦像面上产生的散斑自相关函数进行了测量。发现在严格像面上，散斑平均颗粒的大小随表面粗糙度增加而减小，且光强自相关函数次极大的相关间隔宽度随粗糙度增加而减小；而次极大的起伏随粗糙度的增大而增大；在离焦像面上，离焦量的增加使光强的自相关函数下降变得平滑，并使极小值点和次极大点变得不明显或者消失。
弱散射屏 像面散斑 自相关函数
1 山东师范大学物理系, 济南 250014
2 山东工业大学数理系, 济南 250061
提出一种利用二维快速傅里叶变换(FFT)经频率域匹配滤波实现数字相关运算以提取散斑图携带位移信息的频率域数字散斑相关方法。 该方法因采取快速傅里叶变换、 散斑限幅、 滤波器优化等措施而减弱了空间域相关方法中不利因素对相关波峰的影响, 提高了相关点定位的时效性和精确性。
散斑分析 数字相关 散斑限幅 相关滤波器
