红外与激光工程
2023, 52(7): 20220898
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220888
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学先进光学设计与制造技术吉林省高校重点实验室,吉林 长春 130022
为了减小玻璃模压工艺中硫系玻璃衍射光学元件的面形误差,对衍射结构的填充效果和衍射光学元件的应力进行研究。建立了局部衍射结构有限元仿真分析模型,分析了模压温度、模压速度、摩擦系数等因素对衍射结构填充效果和应力的影响,并在仿真结果的指导下进行实验研究,实验结果表明衍射结构的填充效果和应力对面形均有影响,衍射结构填充得越充分、应力越小,成型透镜的面形精度越高,最终得到的成型透镜面形误差为0.3053 μm,表面粗糙度Ra为2.95 nm。
光学设计 模压成型 衍射结构 有限元仿真 应力 填充
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physical Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Digital Industry Research Institute, Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China
3 Centre for Nano Optics, University of Southern Denmark, DK-5230 Odense M, Denmark
The widespread use of multifunctional metasurfaces has started to revolutionize conventional electromagnetic devices due to their unprecedented capabilities and exceedingly low losses. Specifically, geometric metasurfaces that utilize spatially varied single-celled elements to impart arbitrary phase modulation under circularly polarized (CP) waves have attracted more attention. However, the geometric phase has intrinsically opposite signs for two spins, resulting in locked and mirrored functionalities for the right-handed and left-handed CP beams. Additionally, the demonstrated geometric metasurfaces so far have been limited to operating in either transmission or reflection modes at a single wavelength. Here, we propose a double-layered metasurface composed of complementary elliptical and reversal ring resonator structures to achieve simultaneous and independent control of the reflection and transmission of CP waves at two independent terahertz frequencies, which integrates three functions of reflected beam deflection, reflected Bessel beam generation, and transmitted beam focusing on the whole space. The high efficiency and simple design of our metasurface will open new avenues for integrated terahertz metadevices with advanced functionalities.
terahertz metasurface spin multiplexing trifunction full space dual band Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 020002
1 中煤科工集团 沈阳设计研究院, 沈阳 110168
2 沈阳建筑大学, 沈阳 110168
为探究爆炸粒子算法(PBM)在近场爆炸问题中的适用性, 分别采用PBM法及任意拉格朗日-欧拉算法(ALE&S-ALE), 开展AL-6XN不锈钢板近场爆炸的仿真模拟。结合T Brvik的试验结果, 对比了ALE、S-ALE和PBM方法的计算精确度和运算效率; 采用PBM算法对不同爆心距的钢板近场爆炸工况进行仿真计算, 分析了粒子总数和粒子个数比对PBM算法计算精度的影响; 通过对150 mm爆心距、球状C4炸药近场爆炸场景进行仿真, 分析了不同算法运算时效占比规律。结果表明:不同工况下PBM算法得到的钢板挠度最大误差为20%, 离散系数0.12, 优于ALE和S-ALE算法; 相同的网格划分, PBM算法运算用时仅为ALE和S-ALE算法的十分之一; 粒子总数一定时, 粒子数量比越接近粒子质量比或粒子个数比一定, 粒子总数越多, PBM算法精度越高, 模拟效果越好。
近场爆炸 数值模拟 模拟方式 任意拉格朗日-欧拉算法 PBM算法 near field blast numerical simulation simulation mode Arbitrary Lagrange-Euler Particle Blast Method
采用激光冲击压印技术制备具有多级沟槽微织构的疏水性铜箔表面。首先通过激光标刻制备具有多级沟槽特征的微模具,然后通过激光冲击压印技术将微模具上的多级沟槽微织构复制到工件表面。研究了冲击次数、软膜厚度对工件多级沟槽微织构疏水表面的表面形貌、静态接触角的影响。结果表明:当冲击次数从1次增加到7次、软膜厚度从300 μm减少至100 μm时,工件表面复制微织构的程度逐渐变大,同时表面的静态接触角增大,疏水性增强。通过对工件微织构表面元素及其成分的测量发现,采用激光冲击压印技术制备的具有多级沟槽微织构疏水表面在空气、水以及质量分数3.5% NaCl溶液中放置21天后,仍保持为疏水性,体现出该工艺制备的疏水表面具有良好的时效性。
激光技术 激光冲击压印 沟槽微织构 疏水性 时效性 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714006
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学先进光学设计与制造技术吉林省高校重点实验室,吉林 长春 130022
为减小模芯的制造误差对模压成型的衍射光学元件(DOEs)光学性能的影响,对具有曲面基底衍射微结构表面的微晶铝合金模芯开展了单点金刚石车削(SPDT)工艺研究。基于遮挡效应和散射效应分析模芯制造误差对DOEs衍射效率的影响,建立刀具半径和刀具偏转角与衍射效率之间的数学关系模型,提出提高加工精度的优化方法。在该方法的指导下进行了衍射光学模芯车削实验,并对比预期衍射效率与实验结果。结果表明:采用该优化方法选择工艺参数能够减小模芯制造误差对衍射效率的影响,提高DOEs的光学性能,为SPDT衍射光学模芯制作提供参考。
测量 衍射微结构 金刚石车削 模芯 衍射效率 工艺参数 光学学报
2022, 42(13): 1312004
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
为了提高单点金刚石车削CaF2衍射光学元件(DOE)的表面质量和衍射效率,首先基于Beckman标量散射理论和有效面积法,建立了表面粗糙度误差和表面轮廓误差对衍射效率影响的数学模型。然后,结合CaF2的车削特性和DOE的结构特点,优化了CaF2 DOE的车削模型。同时,给出了不同工艺条件下半圆金刚石刀具的最佳车削位置和最优刀具半径,实现了对CaF2 DOE表面粗糙度的控制。最后,在该优化模型的指导下,获得了表面粗糙度为3.4 nm、阴影区域宽度为28.7 μm的高表面质量的CaF2 DOE,验证了所提优化车削模型的可靠性。所提车削模型对提高包含CaF2 DOE折-衍混合光学系统的成像质量具有重要意义。
衍射 CaF2衍射光学元件 表面粗糙度误差 表面轮廓误差 衍射效率 光学学报
2021, 41(22): 2205001
1 沈阳建筑大学土木工程学院, 辽宁 沈阳 110168
2 青岛理工大学土木工程学院, 山东 青岛 266033
为解决建筑结构不均匀沉降监测问题,设计了一种基于等强度梁的新型双光纤光栅静力水准仪,以连通器原理作为基本理论,分析了静力水准仪的传感原理,得出两个光纤光栅的波长变化值的和与沉降变化量呈线性函数关系。水准仪主要包括圆筒容器、连杆、圆柱形浮漂、等强度悬臂梁、光纤光栅和底部支座等构件,在水管连接处使用了防漏液连接装置。基于标定实验数据对双光纤光栅静力水准仪进行静态特性分析,得到的灵敏度为15.765 pm·mm -1,线性度误差为2.959%,迟滞性误差为0.375%,重复性误差为1.744%,相关系数均在0.99以上,静态误差为3.455%,该方法所得结果符合土木工程结构健康监测的要求,其适用于多种结构的不均匀沉降长期远程监测。双光纤光栅静力水准仪具有方便拆卸、可重新组装的优点,并且能够自行消除温度变化和液体液面高度变化造成的误差,提高不均匀沉降监测的准确性。将双光纤光栅静力水准仪应用到建筑监测中,证实了其监测不均匀沉降的能力。
光纤光学 光纤光栅 不均匀沉降 静力水准仪 结构健康监测 光学学报
2021, 41(14): 1406005