期刊基本信息
创刊:
1972年 • 月刊
名称:
光子学报
英文:
ACTA PHOTONICA SINICA
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中国科学院西安光学精密机械研究所;中国光学学会
出版单位:
科学出版社
主编:
郝跃
ISSN:
1004-4213
刊号:
CN 61-1235/O4
电话:
029-88887564
邮箱:
地址:
陕西省西安市长安区新型工业园信息大道17号47分箱
邮编:
710119
定价:
120元/期

本期栏目 2016, 45(2)

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光子学报 第45卷 第2期

作者单位
摘要
解放军理工大学 气象海洋学院,南京211101
为了研究多次散射效应下偏振光在含矿物质粒子海水中的传输特性,建立了一种基于蒙特卡罗法的矢量辐射传输模型.验证了模型准确性,并利用该模型研究了矿物质粒子复折射率、粒子群平均半径和入射光偏振状态对传输特性的影响.模拟仿真结果表明,不同类型矿物质粒子中,较小复折射率实部的粒子,传输特性对复折射率实部变化的敏感性较大;较大复折射率实部的粒子,传输特性对复折射率实部变化敏感性较小.粒子复折射率的虚部是影响光波传输特性的另一重要因素,粒子的吸收性越大,其传输效果越差.随着海水矿物质粒子群平均半径变大,光波透射率降低,反射率增大.圆偏振光与自然光在含矿物质粒子海水中的传输特性相对接近,在海水中,透射率最高的是垂直偏振光,最差的是圆偏振光;反射率最大的是自然光,最小的是水平偏振光.其中水平偏振光传输特性受入射光入射角影响较大.
海洋光学 矢量辐射传输 蒙特卡罗 矿物质颗粒 多次散射效应 透射率 反射率 Ocean optics Vector radiative transfer Monte Carlo Mineral particle Multiple scattering effect Transmission rate Reflection rate 
光子学报
2016, 45(2): 0201001
作者单位
摘要
1 深圳大学 光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室,广东 深圳 518060
2 深圳大学 信息工程学院,广东 深圳 518060
3 深圳大学 物理科学与技术学院,广东 深圳 518060
利用时间展宽分幅相机研究电子束的时间聚焦现象.当阴极未加载脉冲电压时,测得相机的时间分辨率为80 ps.当阴极加载斜率为14 V/ps的脉冲电压、电路延时为11.395 ns时,相机的时间分辨率为8.8 ps,电子束的时间宽度经历了被压缩到被展宽的过程.改变阴极脉冲下降沿斜率,研究电子束时间聚焦时系统时间分辨与下降沿斜率的关系.当下降沿斜率为1 V/ps时,时间分辨近似等于80 ps,电子束到达微通道板时其时间宽度约等于原始宽度.当斜率大于1 V/ps时,时间分辨小于80 ps,到达微通道板时电子束时间宽度被展宽.当斜率为0.5 V/ps时,时间分辨大于80 ps,到达微通道板时电子束时间宽度被压缩.
X射线光学 分幅相机 时间聚焦 时间分辨 Xray optics Framing camera Time focus Temporal resolution 
光子学报
2016, 45(2): 0204001
作者单位
摘要
军械工程学院 电子与光学工程系, 石家庄 050003
通过观察点、目标以及背景之间的透视投影关系,建立了目标与遮挡背景之间的空间对应模型,得到了模型中的视点坐标和距离参数的背景投影误差方程,并利用蒙特卡罗统计方法对旋转角度参数进行误差分析.实验结果表明:各参数误差与像素偏差之间呈线性关系,在不同初始条件下,视点坐标和距离参数的误差对像素偏差的影响是不同的;由视点X、Y坐标误差引起的像素偏差远大于视点Z坐标或距离参数的误差,俯仰角与偏航角误差引起的像素偏差远大于由滚动角引起的偏差.
红外隐身 自适应 坐标变换 透视投影 蒙特卡罗法 误差分析 Infrared stealth Adaptive Coordinate transformation Perspective projection MontCarlo method Error analysis 
光子学报
2016, 45(2): 0204002
作者单位
摘要
吉林大学 通信工程学院, 长春 130012
设计了一种基于多模干涉滤波器和双折射滤波器的四波长可开关光纤激光器,理论分析了多模干涉滤波器和双折射滤波器及其级联结构的滤波特性.双折射滤波器能有效地抑制多模干涉滤波器的不规则边模.保偏掺铒光纤同时作为增益介质和滤波元件,优化多模光纤长度和保偏掺铒光纤长度保证了波长间隔的最佳匹配,级联滤波器的滤波周期为4.89 nm.调节偏振控制器,光纤激光器实现了单波长、双波长、三波长以及四波长可开关激光输出,输出激光的边模抑制比均大于40 dB,1 h内波长波动均小于0.1 nm.
光纤激光器 多模光纤滤波器 双折射滤波器 偏振控制 Fiber laser Multimode interference filter Birefringent filter Polarization control 
光子学报
2016, 45(2): 0206001
作者单位
摘要
1 第二炮兵工程大学,西安 710025
2 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119
为了便于光纤布喇格光栅传感系统的自动化测试及使用,利用光谱仪的远程控制端口,采用LabVIEW语言开发了具有友好界面的Q8384光谱仪远程应力自动化测试系统.将光纤布喇格光栅嵌入封装于钢梁中,并利用应力试验机进行应力加载,通过LabVIEW测试系统采集并处理实验数据,结果表明该系统功能与设计预期吻合,可以实现对被测量数据的实时监测及存储.测试设备易于操作,并且避免了对光谱仪的人为直接操作,可以延长光谱仪的使用寿命.
光纤光栅 自动分析测试 远程传感 Fiber Bragg grating Automatic analysis test Remote Sensing LabVIEW LabVIEW 
光子学报
2016, 45(2): 0206002
作者单位
摘要
北方工业大学 电子信息工程学院, 北京 100144
基于耦合模理论和传输矩阵法,对相移光纤光栅的反射谱、相移特性进行了分析.结果表明,相移光纤光栅随着相移点个数的增加,反射谱透射窗口数目增多,相移发生多次跳变,从而形成对信号的微分效应,并且相移的微分阶数与所增加的相移点个数成正比.设计出基于相移光纤光栅微分特性的脉冲整形器,通过优化高斯信号各阶微分的加权系数,将高斯型输入脉冲整形成近似方形或三角形状的输出脉冲,通过调整光纤光栅第一段与第二段的长度比,使输出三角脉冲形状的失真现象得到改善.分析输入的高斯脉冲的脉宽发生±5%的波动时,输出波形依然可以获得很好的三角和平顶方形脉冲效果,从而证明了所设计的脉冲整形器的稳定性和实用性.
光纤光学 相移光纤光栅 脉冲整形 平顶方形脉冲 三角脉冲 Fiber optics Phaseshifted fiber grating Pulse shaping Rectangular pulse Triangular pulse 
光子学报
2016, 45(2): 0206003
作者单位
摘要
1 重庆交通大学,西南水运工程科学研究所,重庆 400016
2 重庆大学,光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400030
针对表面粘贴式非栅区封装结构,依据变形等效原理,推导了该结构的应变传递函数,仿真分析了非栅区封装中间段长度与封装材料弹性模量对应变传递效率的影响.分别采用有机环氧胶与金属锌,将两只光纤布喇格光栅用非栅区封装方式固定在同一根钢丝上,进行拉伸试验,试验结果表明:两种材料的拉伸曲线线性度均达到0.99以上,表明两种封装材料的应变传递一致性较好;金属锌封装结构的应力感知灵敏度平均值为0.142 6 nm/KN, 环氧有机胶封装结构的应力感知灵敏度平均值为0.130 4 nm/KN;各种应变值下,金属锌封装结构的应变传递系数均稳定在0.995左右,而环氧有机胶封装结构的应变传递系数在0.91左右上下波动,金属锌的应变传递效率较有机环氧胶高了近9.34%.试验结果与数值仿真结果较为吻合,可为非栅区封装光纤布喇格光栅传感器的设计提供依据.
光纤传感 光纤布喇格光栅 表面粘贴式 非栅区封装 栅区封装 弹性模量 应变传递效率 Opticl fiber sensing Fiber Bragg grating Surface bonded sensor Grating ends packaged structure Grating packaged structure Elastic modulus Strain transfer efficiency 
光子学报
2016, 45(2): 0206004
作者单位
摘要
1 浙江师范大学 信息光学研究所,浙江 金华 321004
2 光信息检测和显示技术研究重点实验室,浙江 金华 321004
3 富通集团有限公司,浙江 富阳 311004
采用纤芯间距为38.78 μm的国产多芯光纤设计了一种光纤弯曲传感器.该多芯光纤弯曲传感器由长度为1 m的七芯光纤与单模光纤拼接制成,多芯光纤弯曲时,相邻的纤芯发生模式耦合.在传感器一侧,将宽带光注入到位于多芯光纤中心的纤芯,用光谱分析仪测量带有曲率信息的频谱,获得弯曲传感器的透射谱波长偏移与弯曲曲率半径的关系.结果表明:多芯光纤弯曲半径越小,弯曲曲率越大,串扰越明显.
光纤应用 光纤弯曲传感器 模式耦合 多芯光纤 弯曲传感 Fiber optic applications Fiber bending sensor Mode couping Multi-core optical fiber 
光子学报
2016, 45(2): 0206005
作者单位
摘要
1 西安石油大学 理学院 光纤传感实验室,西安 710065
2 西北大学 物理学院,西安 710069
提出了一种基于光纤锥的在线型光纤马赫曾德干涉仪式折射率传感器.传感器是在一根单模光纤上使用光纤熔接机拉制出两个光纤锥,光纤锥的直径为43.7 μm,长度为480 μm.干涉仪中光纤锥充当光纤耦合器,激发出光纤高阶模,并将高阶模耦合进单模光纤使之与纤芯基模形成模间干涉.被环境溶液的折射率、温度的变化改变模式间相位差,将导致干涉仪的传输光谱发生漂移,从而实现传感测量.实验结果表明:当环境溶液的折射率变化范围为1.335~1.403RIU时,传感器的折射率灵敏度为-128.233 nm/RIU;当水溶液的温度变化范围为30~75℃时,传感器的温度灵敏度为0.111 nm/℃.该传感器具有制作方法简单、灵敏度高、成本低等特点,可应用于生物传感测量.
光纤传感 马赫曾德干涉仪 光纤锥 模间干涉 折射率传感 折射率灵敏度 Fiber sensing MachZehnder interferometer Fiber taper Intermodal interference Refractive index sensing Refractive index sensitivity 
光子学报
2016, 45(2): 0206006
作者单位
摘要
西安理工大学 自动化与信息工程学院,西安 710048
基于半导体激光器速率方程,采用贝塞尔函数推导激光器非线性互调失真表达式.在GammaGamma湍流信道下,针对无线光多路副载波二进制相移键控调制,研究非线性互调失真对系统载波互调噪声比及误码率性能的影响,并给出系统最佳调制指数的选取与非线性系数的对应关系.结果表明,同一湍流条件下,调制指数小于最佳取值时,随着调制指数增加载波互调噪声比上升、误码率下降,而调制指数高于最佳取值时系统性能劣化.当闪烁指数为0.2,最佳调制指数为0.6时,获得的最大载波互调噪声比为12.9 dB.
无线光通信 副载波调制 互调失真 载波互调噪声比 误码率 Wireless optical communication Subcarrier modulation Intermodulationdistortion Carrier signal to intermodulation distortion and n Bit error rate 
光子学报
2016, 45(2): 0206007
作者单位
摘要
浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
针对带倾斜相移误差的闭合干涉图,提出一种非迭代的高精度相位提取方法.该方法用傅里叶变换估计闭合条纹的相位,并用图像分割校正相位的符号,然后利用Zernike多项式拟合确定倾斜相移量,最后用最小二乘拟合得到高精度相位.数值模拟结果表明:该方法的相位提取误差随着干涉图中条纹根数的增多而减小;当干涉图中条纹根数为4.5时,倾斜相移的估计误差为0.37%.实验结果表明该方法的残余误差均方根值为0.121 7rad.该方法精度高,且无需迭代计算,可应用于相移干涉测量.
相移干涉测量 条纹分析 傅里叶变换 闭合干涉图 倾斜相移误差 Phase shifting interferometry Fringe pattern analysis Fourier transform method Closed interferogram Tiltshift error. 
光子学报
2016, 45(2): 0212001
作者单位
摘要
1 中国科学院光电研究院, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国空间技术研究院, 北京 100094
为了克服非分辨空间目标识别研究中外场观测和计算机仿真手段的局限性,采用实验方法模拟了天基光照场景,用仪器和技术平行类比望远镜观测时光源目标探测器方位,并测量了某高保真卫星模型的光谱双向反射分布函数.分析了空间目标光谱散射模型、实验场旋转轴系和环境模拟设备布局.根据在轨卫星的轨道和姿态建立了外场观测几何到室内5轴旋转系统的角度映射关系.利用该关系控制旋转系统实现了对某卫星过境观测的平行模拟,并对目标混合光谱进行了测量和定标.实验结果发表明:目标光谱数据中存在“闪光”和峰值波长迁移现象;旋转系统各轴定位精度为0.5°,光谱数据相对测量误差为0.018%.该方法能实现空间目标观测的全角度平行模拟,测量结果为非分辨目标外形、材料、旋转等特性的识别提供参考.
非分辨空间目标 光散射 平行实现 光谱双向反射分布函数 旋转系统 Nonresolved space objects Light scattering Parallel implementations Spectral bidirectional reflectance distribution fu Rotation devices 
光子学报
2016, 45(2): 0212002
作者单位
摘要
西安工业大学 机电工程学院,西安710021
为了快速测量物体表面三维轮廓,提出一种变换光源位置的相移阴影莫尔技术.该方法通过控制两个光源的亮灭,将相移引入测量视场.使用二维经验模式分解法对条纹图进行正则化,结合螺旋相位变换方法和二帧相移算法对测量高度进行估计,利用发展的迭代自调算法提取精确测量相位.计算机仿真和光学实验结果表明,该方法的解调准确度优于现有的二帧相移解调算法,同时,由于消除了测量过程中必要的机械运动,只需要二帧条纹图进行相位解调,节约了测量时间.
测量 二帧相移 阴影莫尔 螺旋相位 迭代算法 Measurement Two frames phase shift Shadow Moiré Spiral phase transform Iterative algorithm 
光子学报
2016, 45(2): 0212003
作者单位
摘要
1 深圳大学 光电工程学院 ,广东 深圳 518052
2 北京大学深圳研究院 运动控制技术实验室,广东 深圳 518057
3 华南师范大学 华南先进光电子研究院 光及电磁波研究中心,广州 510006
为识别铟锡氧化物导电薄膜透明区域内可能存在的加工型和移交型缺陷,并满足实际应用需求,提出了基于高分辨率视觉系统的自动缺陷识别方法.根据铟锡氧化物薄膜光学特性和空间要求,设计了工作距离为30 mm的科勒式同轴光照明模块.此外,为了与照明部分通用光学元件,设计了适用于应用检测的高分辨率成像模块.完成图像采集后,为便于分别检测两类缺陷,采用了两种预处理方法:对图像进行邻域半径r=7的中值滤波并与原图像相减后,获取清晰的划痕缺陷;对图像进行形态学和与阈值处理后,获取对比度为48%的透明电路图案.处理后的图像为缺陷的自动识别提供了可靠的依据,保障了铟锡氧化物薄膜定位的灵敏度和准确度.
机器视觉 薄膜检测 表面缺陷 光学设计 图像处理 Machine vision Thinfilm measurement Surface defect Optical design Image processing 
光子学报
2016, 45(2): 0212004
作者单位
摘要
1 江西师范大学 物理与通信电子学院,南昌 330022
2 南昌师范学院 物理系,南昌330022
为得到高准确度的小球藻浓度,利用空芯金属包覆波导作为测量腔对小球藻进行测量.利用自由空间耦合技术激发含有小球藻溶液的空芯金属包覆波导中超高阶导模,通过检测超高阶导模的衰减全反射吸收峰位置和反射极小值Rmin的变化,实现了小球藻溶液浓度和吸收系数的同时测量.该方法不仅可检测10-9 mol量级的小球藻浓度,而且具有测量成本低、操作方便等优点.
小球藻 高阶导模 空芯金属包覆波导 吸收系数 Chlorella Ultrahigh order modes Hollowcore metalcladding waveguide absorption coefficients 
光子学报
2016, 45(2): 0212005
作者单位
摘要
常州大学 数理学院, 江苏 常州 213164
通过对低压化学气相沉积制得的CoSb3纳米薄膜在300~800K温度范围内的热电性能测试,发现其电阻率较其他单晶CoSb3块状样品低一个量级,热导率值在1.08~4.05 Wm-1K-1之间,比单晶CoSb3低得多.这表明纳米结构导致热导率显著降低,最高热电优值在773K出现且为0.114.这种纳米薄膜材料在研制新型高效热电半导体方面极具应用前景.
纳米材料 低压化学气相沉积 热电性 半导体 Nanomaterials CoSb3 CoSb3 Low pressure chemical vapor deposition Thermoelectric properties Semiconductors 
光子学报
2016, 45(2): 0216001
作者单位
摘要
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室,天津 300072
针对辐射率的漫射近似、P3近似等正向模型在描述小源探距离及低约化反照率介质下光子传输时存在的局限性,推导了用于小源探距离低反照率无限媒质中各向同性稳态点光源下辐射传输方程在P5近似下的解析解,并将P3近似、P5近似计算的辐射率分别和蒙特卡洛模拟结果进行对比.结果表明:在高约化反照率(0.97)条件下,P5近似和蒙特卡洛模拟结果的最大相对误差为13.17%,而P3为41.57%.在低约化反照率(0.69)条件下,最大相对误差分别为27.78%,286.70%.在其他光学参数下,P5近似与蒙特卡洛模拟的最大相对误差均小于P3.在P5适用的范围内舍弃最大特征根相关项,可以简化解析表达式,提高计算速度,且对P5的计算结果影响甚微.稳态辐射率测量系统仿体验证表明,在高、低约化反照率介质中的小源探距离下,由P5近似计算得到的辐射率和实验测量结果相符.
组织光学 辐射率 辐射传输方程 勒让德多项式 P5近似 蒙特卡洛模拟 正向模型 Tissue optics Radiance Radiance transfer equation Legendre polynomial P5 approximation Monte Carlo simulation Forward model 
光子学报
2016, 45(2): 0217001
作者单位
摘要
1 广西科学院 生物物理实验室,南宁 530007
2 广西大学 行健文理学院,南宁 530004
应用喇曼光谱和单细胞分析技术监测非发酵底物形成的不同高渗透压对酿酒酵母乙醇发酵的影响,及发酵过程胞内主要生物大分子的变化动态,以期从光谱学角度获知酵母细胞乙醇耐受的分子机制.结果显示,渗透压的升高明显延缓酵母细胞的生长、底物消耗和产物生成,但在2.0 mol/L山梨醇下乙醇的最终产量高于对照组.主成分分析显示,不同渗透压主要影响酵母细胞光谱的1 300~1 306和1 443 cm-1等源自脂类物质的喇曼峰,说明渗透压影响了胞内脂类物质的合成.主特征峰强度的动态变化显示,高渗透压会显著影响782、1 301、1 602和1 657 cm-1峰所表征物质的合成时间和强度,进而影响细胞的代谢方向.结果表明耐高渗菌株能适应高渗环境,调整胞内组分含量,实现高产发酵.
喇曼光谱 渗透压 乙醇 酵母 单细胞分析 Raman spectroscopy Hyperosmosis Ethanol Yeast Singlecell analysis 
光子学报
2016, 45(2): 0217002
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100039
介绍了产生结构非线性的主要来源与接触理论,对平面反射镜组件建立了合理的有限元模型.利用接触非线性分析方法分析了小重锤(m=0.18kg)在不同下落高度冲击销钉而对锥孔造成的法向压力;随后,将不同锥孔法向压力对镜面面形精度的影响进行了非线性和线性分析;然后,进行了空间平面反射镜的成像实验.分析与实验结果表明:采用非线性分析得到的面形精度比线性分析更接近实验值,非线性分析与实验值之间的最大误差为8.6%.由此对该空间平面反射镜组件提出了合理的销钉预紧方案,即小重锤最大自由下落高度不超过25mm.
空间遥感器 光学系统 非线性分析 空间平面反射镜 面形分析 Remote sensor Optical system Nonlinear analysis Space optics Surface analysis 
光子学报
2016, 45(2): 0222001
作者单位
摘要
华侨大学 信息科学与工程学院 福建省光传输与变换重点实验室,福建 厦门 361021
基于能量守恒定律和网格划分法,设计了一种实现LED阵列近场均匀照明的自由曲面大角度透镜,其内曲面为椭圆形曲面、外曲面为自由曲面.根据能量守恒定律建立映射关系,对光源和目标面进行网格划分,并结合折射定律,迭代求解出外自由曲面数据点.分析了椭圆形内曲面的长短轴比值对透镜菲涅耳损耗和照度均匀性的影响.结果表明:短轴与长轴的比值在0.35~0.55时,出光效率和照度均匀性最佳.通过反馈优化法对LED阵列进行优化,重新划分网格,使叠加部分光照度减弱,提高了整体光照均匀性.仿真结果表明:仅对透镜外自由曲面的面型数据点进行优化,在目标面高度为80 mm,透镜出光角度为157 °时,优化后的整体光照均匀度由优化前的0.40提高到0.84,出光效率大于0.9.
自由曲面透镜 大角度 均匀照明 出光效率 LED LED Double freeformsurface lens Large view angle Uniform illumination Light efficiency 
光子学报
2016, 45(2): 0222002
王凌云 1,2,*王博 1张国玉 1,2孙高飞 1,2刘石 1,2
作者单位
摘要
1 长春理工大学,长春 130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心,长春 130022
对星模光学系统中各种像差对几何中心位置的影响及像差对显示星点能量中心位置造成的偏差进行了分析与综合评估.分析结果表明,视场位置越大的星点产生的像点能量越不均匀,重心偏移越明显,系统中慧差和畸变对于星点能量中心影响较大.根据球面镜组成的共轴光学系统性质可知,能量中心的偏移发生在星点所在极半径方向上,因此提出了一种基于极坐标的星点位置修正方法,只需在星点所在方向对极半径进行修正.该方法简化了基于二维坐标轴分区修正的过程,减少了数据计算量.利用极坐标修正方法对星模拟器修正前后的单星位置误差进行了测试,实验结果表明极坐标修正过程较以往修正方法简单快捷,且修正结果更加准确.
星模拟器 像差 极坐标 星点 能量中心 修正 Star simulator Correction Polar coordinates Star point Energy center Aberration 
光子学报
2016, 45(2): 0223001
作者单位
摘要
青岛大学 自动化工程学院, 山东 青岛 266071
在线缺陷光子晶体波导中,利用矩形孔和椭圆孔分别替代临近线缺陷的第二行和第一、三行圆形孔,构成矩形孔光子晶体波导结构.利用平面波展开法对波导的慢光特性进行仿真分析,研究矩形孔的非对称性对慢光带宽和色散特性的影响.研究表明,在慢光区域平均群折射率变化为±10%的情况下,与圆形孔线缺陷波导相比,得到的导模能更好地限制在禁带中,而且当矩形孔宽度参量小于高度参量时,导模可以得到归一化延迟带宽积更大、带宽更宽、色散更小的慢光.通过对波导中矩形孔参量的优化,得到的慢光归一化延迟带宽积最大为0.402,此时带宽为44.4 nm,群速度色散为8.0 ps2/mm.
光通信 光子晶体 波导 慢光 色散 带宽 Optical communication Photonic crystal Waveguide Slow light Dispersion Bandwidth 
光子学报
2016, 45(2): 0223002
作者单位
摘要
1 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院 广西高校光电信息处理重点实验室,广西 桂林 541004
2 广西科技大学,广西 柳州 545006
利用aSi∶H和SiO2等介质,设计了一种由一维光子晶体和双层二维光子晶体组成的非晶硅薄膜太阳能电池背反射器.利用时域有限差分法对该背反射器在入射光波长范围为300~1 100 nm波段的反射率和透射率进行仿真,计算不同结构参量下非晶硅太阳能电池短路电流密度并进行比较分析,最终得到了最佳背反射器结构.结果表明:设计的太阳能电池背反射器能够有效地延长入射光在太阳能电池吸收层的传播路径,有助于缓解太阳能电池吸收层厚度对电池吸收效率的影响,提高了电池吸收层对入射光的吸收效率.一维光子晶体和双层二维光子晶体结构的背反射器可以大幅度提高电池的光捕获能力,将非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高到31.96 mA/cm2,较常用的Ag/ZnO背反射器结构非晶硅薄膜太阳能电池提高了51.0%.
光子晶体 反射器 时域有限差分 非晶硅薄膜太阳能电池 传播路径 反射率 光捕获 Photonic crystal Reflector Finite difference time domain Amorphous silicon thinfilm solar cells Propagation path Reflectivity Light trapping 
光子学报
2016, 45(2): 0223003
作者单位
摘要
天津大学 精密仪器与光电子工程学院,天津 300073
设计刻槽深度渐变的金属光栅,利用截止频率控制太赫兹表面波的传播距离.金属光栅刻槽深度在60 μm时的截止频率为0.6 THz,120 μm时的截止频率为1.1THz.同时根据半导体材料InSb在太赫兹波段的色散特性、载流子浓度和迁移率的经验公式、光栅结构的等效介质理论设计了温控的半导体光栅.在270~300 K温度范围内,半导体光栅中表面波的传播距离和温度成正比, 300 K时传播距离为270 K时的2~3倍.
太赫兹 表面等离子体激元 时域有限差分法 金属波导光栅 半导体波导光栅 Terahertz Surface plasmon polaritons Finitedifferent timedomain Metal gratings Semiconductor grating 
光子学报
2016, 45(2): 0224001
作者单位
摘要
安徽大学 计算智能与信号处理教育部重点实验室, 合肥 230039
设计了一种基于非线性介质SiNC/SiO2的混合表面等离子体波导,利用有限元方法定量分析了这种波导所支持基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和有效面积与几何结构参数以及非线性介质的依赖关系.分析结果表明,光场主要被限制在非线性区域,通过调节非线性层的厚度以及非线性比例因子,可以实现模式的有效折射率和传播长度等传输特性参数的调节.固定非线性介质比例因子,有效折射率和传播距离随非线性层厚度增加而增大;固定波导尺寸,有效折射率随比例因子增大而增大,传播距离和有效面积较小.最后,根据分析结果对非线性效应进行优化,优化后波导最优结构尺寸为波导宽度为250 nm,非线性材料层厚度为100 nm,硅层厚度为150 nm.
非线性介质 有限元法 混合表面等离子体波导 能流密度 折射率 Nonlinear media Finite element method Surface plasmonic waveguide Energy flux density Refractive index 
光子学报
2016, 45(2): 0224002
作者单位
摘要
1 广西师范大学 a.电子工程学院
2 广西师范大学 b.数学与统计学院,广西 桂林 541004
设计了褶皱石墨烯波导结构激发表面等离子体激元,通过设计周期阵列结构实现了表面等离子体激元传播损耗的补偿.理论分析了周期阵列结构的表面等离子体激元传播模型和补偿损耗的方式,结果表明褶皱衍射激发表面等离子体激元波导不仅能够激发表面等离子体激元,还能利用表面等离子体激元波矢关系实现器件参数控制,周期阵列增益全程补偿损耗的方式可以显著增加表面等离子体激元的传播距离.数值分析结果进一步表明:该结构具备了保持亚波长尺寸的强局域化优势;周期阵列增益全程补偿可以显著提高纳米腔中的电场强度,降低传输损耗;波导结构的粒子反转水平较高,自发辐射噪声的扰动较低.设计的石墨烯波导器件可以为微纳光学集成、光子传感和测量等领域提供理想的亚波长光子器件.
亚波长光学 表面等离子体激元 周期褶皱结构 周期阵列结构 纳米腔 Subwavelength optics Surface plasmon polaritons Cycle fold structure Periodic array structure Nanocavities 
光子学报
2016, 45(2): 0224003
作者单位
摘要
1 上海交通大学 物理与天文系,上海 200240
2 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 仪器系,上海 200240
采用几何光学法对切削微角锥棱镜薄膜结构单元的反射特性进行理论分析,采用光学仿真软件对该结构单元的反光性能进行模拟验证,并与传统微角锥棱镜薄膜结构单元进行对照.结果表明,理论中,当平行光垂直于结构底面入射并忽略吸收时,该切削结构薄膜单元可实现完全定向反射,而相同条件下,传统微角锥棱镜结构薄膜单元定向反射率为66.7%.模拟仿真的定向反射率分别是92.3%和62.4%.建立了薄膜定向反射率测量方法,对具有上述两种结构单元的薄膜样品的定向反射率进行测试,测试结果分别为67.8%和39.5%.
几何光学 薄膜 高定向反射率 微角锥棱镜 仿真 测试 对比 Geometrical optics Thin films High retroreflectivity Micro cube corner prism Simulation Measurement Comparison 
光子学报
2016, 45(2): 0226001
作者单位
摘要
华侨大学 信息科学与工程学院,福建省光传输与变换重点实验室,福建 厦门 361021
基于MathieuHankel波理论分析了Mathieu光束经轴棱锥后的聚焦特性,并利用菲涅尔衍射积分理论及稳相法, 推导出Mathieu光束经轴棱锥后的准确解析表达式.数值模拟了无衍射Mathieu光束经轴棱锥线性聚焦后的光场在不同传播距离处的截面光强分布及轴上光强分布.理论分析及数值模拟均表明无衍射Mathieu光束经轴棱锥聚焦后会产生周期性Mathieu光束.研究结果对扩展Mathieu光束的应用范围提供了理论依据.
物理光学 周期Mathieu光束 稳相法 衍射理论 轴棱锥 Mathieu Hankel波理论 Physical optics Periodic Mathieu beam Method of stationary phase Diffraction theory Axicon Mathieu Hankel wave's theory 
光子学报
2016, 45(2): 0226002
作者单位
摘要
1 华侨大学 信息科学与工程学院,福建 厦门 361021
2 宜宾学院,四川 宜宾 644000
利用杨氏双缝和马赫曾德干涉提出一种检测随机电磁光束的广义斯托克斯参数的实验方法.部分相干光通过杨氏双缝后,用光阑、半波片和偏振片组成的马赫曾德干涉光路进行处理,检测干涉条纹的相干度和单个缝的光场强度,得到光束的交叉谱密度矩阵,进而得到光束的广义斯托克斯参数.实验结果表明,同方向偏振的光分量的空间相干度高于正交偏振方向的光分量.该方法可用于研究光束传播过程中的偏振特性和相干特性的变化.
广义斯托克斯参数 电场交叉谱密度矩阵 杨氏双缝 马赫曾德干涉 部分相干光 Generalized Stokes parameters Electric crossspectral density matrix Young′s double slits MachZehnder interferometer Partially coherent light 
光子学报
2016, 45(2): 0226003
作者单位
摘要
成都信息工程大学 光电技术学院,成都 610225
利用电磁理论和传输矩阵法仿真得到了在0.3~6.935GHz微波波段具有负折射率的左手材料,并分别对右手材料和左手材料构成的光子晶体带隙特点进行了分析.结果表明:右手材料光子晶体结构的带隙对周期数变化不敏感,而对层厚度比、入射角度变化敏感;左手材料光子晶体带隙随层厚度比的增大,带隙位置出现蓝移,随着入射角度的增大,TM波主带隙的上带边会出现红移,而TE波带隙特性对入射角度变化不敏感.研究结果对微波技术中全方位反射器等器件的设计有一定的参考意义.
光子晶体 传输矩阵 左手材料 带隙 蓝移 红移 photonic crystal transfer matrix left-handed amterial band gap blue shift red shift 
光子学报
2016, 45(2): 216002