1 宁波大学高等技术研究院, 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 宁波 315211
梯度折射率红外成像系统可在保持成像性能的基础上, 极大降低系统的尺寸、质量和成本, 有望推进红外成像系统向轻小型发展。然而, 目前没有可用的红外梯度折射率光学材料。本文基于65GeS2-25In2S3-10CsCl硫系玻璃, 利用梯度温度场热诱导析出轴向梯度分布的β-In2S3纳米晶体, 制得梯度折射率透明硫系微晶玻璃。结果表明: 析出的β-In2S3晶体为不同晶面取向纳米晶组成的多晶结构, 尺寸约为25 nm, 且晶体尺寸、数量与梯度温度场密切相关; 制得的梯度折射率硫系微晶玻璃仍保持良好的长波红外透过率, 且其10 μm处最大折射率差Δn达0.047。
硫系玻璃 热诱导析晶 梯度折射率 微晶玻璃 红外透过率 光学材料 chalcogenide glass thermally induced crystallization gradient refractive index glass-ceramics infrared transmission optical material
1 山西大同大学物理与电子科学学院微结构电磁功能材料省市共建山西省重点实验室，山西 大同 037009
2 山西大同大学云冈学学院，山西 大同 037009
3 天津大学精密仪器与与光电子工程学院太赫兹研究中心，天津 300072
借助于结构化的金属/介质界面所形成的人工表面等离激元，能够将太赫兹场束缚在亚波长量级，同时利用单元结构对几何参数的色散特性，可以在二维尺度上操纵太赫兹波，为集成化、小型化片上太赫兹功能器件的发展提供了解决途径。利用立体金属柱子结构的色散特性构建二维渐变折射率透镜，在此基础之上设计平面望远镜、波导耦合器、双功能透镜等二维太赫兹人工表面等离激元传输调控器件，并通过电磁仿真分析每种功能器件的工作性能。本工作不仅丰富了太赫兹表面波调控器件家族，并有望进一步发展表面等离激元链路的太赫兹片上系统。
太赫兹 人工表面等离激元 渐变折射率 片上透镜 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811018
1 宁波大学 红外材料及器件实验室，浙江 宁波 315211
2 先进红外光电材料与器件浙江省工程研究中心，浙江 宁波 315211
为了丰富当前可用红外材料的种类，满足新一代红外成像光学系统的轻薄化设计需求，充分利用硫系玻璃组分可调和色散参数可选两大特殊优势，开发了新型硫系玻璃材料，并且在同一系统指标要求下，分别对基于传统红外材料和基于新型硫系玻璃设计的红外光学系统进行了性能对比。基于高折射率硫系玻璃的中波双视场红外光学系统，有效实现了去锗化设计，与基于传统红外材料的红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了35%，长度减少了15%，透过率提高了10%。基于叠层梯度折射率(gradient refractive index, GRIN)硫系玻璃的共光路、共焦面双波段红外光学系统，在非制冷型中/短波红外成像光学系统中首次实现了胶合透镜的设计，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了40%，长度减少了30%，透过率提高了15%；在制冷型中/长波红外光学系统中，具有不同折射率差值Δn的GRIN硫系玻璃展现出卓越的色差校正能力，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了20%，长度减少了20%，透过率提高了18%。设计结果表明，新型硫系玻璃的出现，是对现有红外材料的有益补充，为新一代红外成像光学系统提供了更为丰富的材料选择和更多的设计自由度，是实现轻薄化透射式红外光学系统的重要技术途径。
高折射率 梯度折射率(GRIN) 双波段 硫系玻璃 共口径 红外光学系统 high refractive index gradient refractive index (GRIN) chalcogenide glass dual-band common path infrared optical system 红外与激光工程
2023, 52(5): 20230102
武汉理工大学, 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
荧光玻璃(PiG)作为荧光转换材料广泛应用于发光二极管(LED)器件封装。然而, 使用单一折射率结构的荧光玻璃与封装材料和空气界面间的折射率跨度大, 光在界面间传递时会产生很大的损耗。另外, 荧光玻璃的烧结温度普遍较高, 会降低荧光粉的光转换效率。针对上述问题, 制备出梯度折射率结构且能够和黄色荧光粉折射率相匹配的无铅硼锌硅基质玻璃; 结合多层丝网印刷和低温烧结工艺, 制备得到梯度折射率结构的B2O3-ZnO-SiO2系荧光玻璃, 将其用于LED封装, 可提高LED器件的光学性能。
荧光玻璃 多层丝网印刷 梯度折射率 低温共烧 光学性能 fluorescent glass multi-layer screen printing gradient refractive index low temperature co-firing optical properties
湖北汽车工业学院 理学院 光信息科学与技术系, 湖北 十堰 442002
利用光学传递矩阵和广义惠更斯-菲涅耳积分衍射公式, 研究了阵列艾里光束在梯度折射率介质中的演化规律。首先, 导出了傍轴近似下, 空间域内艾里和阵列艾里光束通过光学系统的传输方程。然后, 分析了入射阵列艾里光束的二维光强随指数截断因子和光波束腰半径的变化规律。在此基础上, 讨论了阵列艾里光束在梯度折射率介质部分横截面上的光强特征和光波传输的周期性特点, 并与单艾里光束的传输规律进行了对比。因为大气的随机抖动和渐变折射率光纤都可以抽象为梯度折射率模型, 所以相关结论对阵列光束的传输与通信有一定的理论意义。
有限能量阵列艾里光束 梯度折射率介质 广义惠更斯-菲涅耳积分公式 finite array Airy beam gradient refractive index medium generalized Huygens-Fresnel integral equation
中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
采用电感耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-PECVD)技术,在室温下制备了具有折射率渐变特性的SiO2材料,并对制备工艺与SiO2材料光学特性之间的关联性进行研究。结合椭圆偏振光谱仪拟合得到的结果,对基于折射率渐变SiO2材料膜系封装的钙钛矿电池表面的抗反射特性进行模拟后发现,其抗反射特性优异,在550 nm处反射率可低至0.5%。本研究为兼顾光学特性的低温钙钛矿电池封装提供了一种可参考的技术方案。
薄膜 折射率渐变 超低反射率 封装 二氧化硅 钙钛矿太阳能电池
1 安徽师范大学 光电技术研究中心, 安徽 芜湖 241000
2 安徽省光电材料科学与技术重点实验室, 安徽 芜湖 241000
现有的数字光处理投影(DLP)系统采用色轮和中继透镜等元器件, 由此导致投影系统结构复杂。针对现有技术的缺陷, 本文设计了一种以三色LED作为照明光源, 以梯度折射率透镜形成平行光的新型DLP投影系统。和传统的投影系统相比, 减少了色轮、中继透镜、反射镜等元器件, 简化了光学系统的结构。借助于Tracepro软件进行了模拟与仿真, 对光线追迹的结果进行分析, 分析得到整个投影系统的光斑均匀性为96.9%。结果表明本设计使投影系统的光路得到了简化, 光斑的均匀性也得到了改善。本设计只需要选择合适的投影镜头, 就可以消除LED面光源宽度过大对投影光斑的影响。
光学设计 投影仪 梯度折射率透镜 发光二极管 optical design projector gradient refractive index lens Light-emitting Diode (LED)
南京信息工程大学物理与光电工程学院, 江苏 南京 210044
为实现一维光子晶体更优越的滤波特性引入渐变折射率缺陷层,可抑制某些特定频率的电磁波, 产生光子禁带。利用时域有限差分(FDTD)法严格求解麦克斯韦方程组,研究了缺陷层折射率变化为 抛物线型时对应的透射率谱线,分析了周期介质层的折射率比、厚度比及周期数对滤波性能的影响。 结果表明:增加折射率比,含梯度折射率缺陷层的一维光子晶体可实现更大的滤波带宽;改变厚度比 可影响透射峰位置;改变周期数可影响透射率。研究结果对提高光子晶体滤波器性能具有一定参考价值。
光子晶体 滤波特性 梯度折射率缺陷层 折射率比 厚度比 周期数 photonic crystal filtering characteristics gradient refractive index defect layer refractive index ratio thickness ratio periodic number
1 西安工业大学, 西安 710021
2 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 西安 710021
介绍了利用傅里叶变化法设计多波段渐变减反膜的原理和方法, 研究了采用该方法设计多波段减反膜时Q函数的优选流程, 给出了最优Q函数。设计优化得到了在350~5000nm波段范围平均透过率大于90%的多层渐变减反膜系结构, 并采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术完成了样片的制备。实验结果表明, 镀制的样片在350~5000nm波段范围的平均透过率为90.55%, 满足光谱特性的要求。
渐变折射率 多波段 减反膜 PECVD PECVD gradient refractive index multi-band antireflection films
1 华中科技大学多谱信息处理技术国家级重点实验室， 湖北 武汉 430074
2 石家庄铁道大学信息科学与技术学院， 河北 石家庄 050043
利用向列相液晶材料的各向异性和双折射特点，采用紫外光刻和湿法刻蚀技术，设计并制作了透明的圆孔图案梯度折射率液晶微透镜阵列。搭建了光学测试系统，测试了该阵列的聚焦性能和焦距，并给出了焦距与加载电压之间的关系。将该阵列与主镜头和图像传感器进行耦合，构成一个双模成像相机原型，通过开启或关闭加载电压实现光场成像模式和普通成像模式的快速切换。在两种工作模式下对目标物采集双模原始图像，结果表明该相机既可在光场工作模式下采集三维光场图像，也可在普通工作模式下采集普通图像。
成像系统 液晶微透镜阵列 双模成像 梯度折射率透镜 光场成像
