红外与激光工程
2022, 51(5): 20220335
1 商丘师范学院物理与电气信息学院, 河南 商丘 476000
2 中国人民解放军, 96325部队, 湖南 怀化 418000
3 中国人民解放军, 海军航空仪器计量站, 上海 200436
边界元方法是一种数值求解偏微分方程的高效算法，在微纳光学求解电磁场问题中有广泛的应用。在实际计算中，边界元数目的选择直接关系着数值模拟的精度。研究不同边界元数目下微腔谐振频率的计算误差，发现主要误差可视作微腔对电磁波的吸收或放大，因此提出折射率补偿法对离散求解边界积分方程引入的误差加以修正。加入折射率补偿之后，边界元方法计算谐振频率的精度能提高至少一个数量级，并且该修正可以有效用于较大频率范围内的所有模式。因此折射率补偿使边界元方法的计算精度和运算速度得到大幅提升，时间和内存消耗锐减。同时，从物理角度分析、修正数值计算误差的思想也可以推广到其他数值计算方法中。
微纳光学 误差修正 边界元方法 回音壁模式微腔
1 商丘师范学院物理与电气信息学院, 河南 商丘 476000
2 北京大学人工微结构与介观物理国家重点实验室, 北京 100871
最近几年，具有非圆对称边界形状的光学微腔，即非对称微腔，已经成为微纳光子学领域中的一个重要研究方向。非对称微腔打破了常规回音壁光学微腔的边界圆对称性，使得回音壁模式的辐射具有明显方向性，无需借助外部耦合器件即能有效地同环境交换能量，有望应用于制作集成光学器件和实现自由空间光互联。概要介绍了非对称微腔中的最新研究进展，包括高准直定向发射、高效的自由空间光激发、棘轮形非对称腔以及三维非对称腔4个研究方向，概述其基本原理并展望了未来的发展。
微纳光学 非对称微腔 定向发射 自由空间耦合 棘轮 混沌 激光与光电子学进展
2012, 49(6): 060006
中国科学技术大学物理系, 安徽 合肥 230026
为改善衍射光学器件(DOE)在均匀照明系统中的应用性能,提高元件优化设计的效率,提出了衍射光学器件的空间频域优化设计方法。基于对均匀照明系统焦面输出光强分布的空间频谱分析,从空间频域的角度,指出通过控制焦斑中的低频调制成分,能够进一步提高实际均匀照明的效果。在此基础上,该优化方法通过在频域内设定优化目标和费用函数,来确定优化方向,可以有效减少输出光强分布中的低频调制成分。应用该方法所得一维多台阶相位型衍射光学器件的设计结果表明,在考虑空间20 μm匀滑后,焦斑主瓣光强均方差为3.3%。与已有空间域优化方法的对比表明,在元件实用效果方面,空间频域优化设计方法优于空域方法。
激光物理 衍射光学 均匀照明 束匀滑 空间频谱
结合均匀照明相位器件的设计实例,介绍最新提出的基于迭代框架的优化方法,并应用该方法设计制作了16台阶的衍射光学元件并对其进行了测试,验证了设计原理及方法的正确性,且对加工中可能出现的误差进行了分析和讨论.测试结果验证了采用多台阶相位结构的设计方案能有效提高工艺宽容度.
衍射光学元件 光束整形 均匀照明 分步迭代优化 Diffractive optical elements Beam shaping Uniform illumination Step iterative optimization 强激光与粒子束
2005, 17(11): 1665
