Author Affiliations
Abstract
1 College of Electronic Information and Optical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
Indefinite metacavities (IMCs) made of hyperbolic metamaterials show great advantages in terms of extremely small mode volume due to large wave vectors endowed by the unique hyperbolic dispersion. However, quality (Q) factors of IMCs are limited by Ohmic loss of metals and radiative loss of leaked waves. Despite the fact that Ohmic loss of metals is inevitable in IMCs, the radiative loss can be further suppressed by leakage engineering. Here we propose a mirror coupled IMC structure which is able to operate at Fabry–Pérot bound states in the continuum (BICs) while the hyperbolic nature of IMCs is retained. At the BIC point, the radiative loss of magnetic dipolar cavity modes in IMCs is completely absent, resulting in a considerably increased Q factor (>90). Deviating from the BIC point, perfect absorption bands (>0.99) along with a strong near-field intensity enhancement (>1.8×104) appear when the condition of critical coupling is almost fulfilled. The proposed BICs are robust to the geometry and material composition of IMCs and anomalous scaling law of resonance is verified during the tuning of optical responses. We also demonstrate that the Purcell effect of the structure can be significantly improved under BIC and quasi-BIC regimes due to the further enhanced Q factor to mode volume ratio. Our results provide a new train of thought to design ultra-small optical nanocavities that may find many applications benefitting from strong light–matter interactions.
Photonics Research
2024, 12(3): 598
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,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
为满足深海探测需求,实现深海中更高质量成像,设计了深海专用的连续变焦光学系统,该系统同时具备短焦大视场、高分辨率、高变倍比的特点。根据在深海中使用环境,考虑了深水压对光学窗口挤压变形造成的像质下降,对光学窗口进行光机集成分析,将面形变化结果以Zernike多项式的形式代入光学系统中进行优化。对水下光学像差特点和变焦系统的设计方法进行研究后,光学系统采用机械式负组补偿变焦方式和像方远心设计方案。该系统工作距为5 m,变焦全程F数恒定为3.0,可实现全视场角5.7°~90°范围内可调,10倍连续光学变焦。变焦系统使用三片非球面,系统总长为260 mm。在208 lp/mm处,整个变焦区域内全视场的调制传递函数值均大于0.3,另外系统各变焦位置的最大畸变均小于3%。所提变焦系统结构紧凑,成像质量良好,变焦曲线平滑,可以满足实际应用的需要。
海洋光学 光学设计 光机集成分析 高分辨率 高变倍比 大视场 
激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0701002
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Institute of Applied Physics and Materials Engineering, University of Macau, Macau, China
3 e-mail: guzhiyuan@tyut.edu.cn
4 e-mail: nanzhang@um.edu.mo
Bound states in the continuum (BICs) provide a fascinating platform to route/manipulate waves with ultralow loss by patterning low-refractive-index materials on a high-refractive-index substrate. Principally, the phase of leaking channels can be manipulated via tuning the structural parameters to achieve destructive interference (i.e., the BIC condition), surprisingly leading to the total elimination of dissipation to the continuum of the substrate. Despite recent developments in BIC photonics, the BIC conditions can only be satisfied at specified geometric sizes for waveguides that dim their application prospects. Here, we propose a dual waveguide system that support BICs under arbitrary waveguide sizes by solely changing the intervals between the two waveguides. Our calculation results show that robust BICs in such architectures stem from the interaction (destructive interference) between leaking waves from the two waveguides. Furthermore, a cladding layer is introduced to improve the fabrication tolerance and reduce the sensitivity of the low-loss condition on the waveguide intervals of the presented dual waveguide system. The proposed approach offers an intriguing solution to establish a BIC concept and may be helpful to improve the potential of BIC photonic devices and circuits.
Photonics Research
2023, 11(4): 575
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
基于现代社会对手机镜头高像素、小型化的要求,基于同心透镜原理设计了同心反射式手机镜头。通过光路计算,求解了系统的球差表达式,进一步获得了系统的初始结构。利用光学设计软件设计了光学系统,镜头采用像元大小为1.25 μm的曲面传感器,光学系统的F数为1.8,焦距为2.7 mm,最大全视场角为100°,系统总长为2.7 mm。设计结果表明,在空间截止频率400 lp/mm处,0.7视场的调制传递函数均大于0.34,全视场的调制传递函数均大于0.23,各视场的弥散斑半径均小于艾里斑。在全视场内,相对照度高于0.64,该设计满足手机镜头成像要求。
光学设计 手机镜头 同心结构 反射式 曲面传感器 optical design mobile phone lens concentric structure reflective type curved surface sensors 
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210129
作者单位
摘要
四川大学 电子信息学院,成都 610065
电子设备和无线技术不断向K/Ka波段发展以及电子系统集成度的不断提高给电子系统的电磁屏蔽设计带来了严峻挑战。提出一种将频率选择表面(FSS)用于电子系统屏蔽的新方法,可以替代传统散热孔阵,在满足通风散热性能的同时确保电子系统在5G毫米波段的电磁屏蔽性能。基于金属腔中心点屏蔽效能和全局屏蔽效能,分析了FSS孔阵排布方式、电磁波极化与入射角度对金属外壳电磁屏蔽效能(SE)的影响。结果表明:FSS孔阵排布方式对金属腔屏蔽性能的影响较小,并且SE不受入射电磁波极化方式影响;含FSS通风孔阵的金属外壳在23.0~25.5 GHz范围内屏蔽效能约为30 dB,比含传统散热孔阵金属腔屏蔽效能提高15 dB。
金属腔 5G毫米波 频率选择表面 通风孔阵 屏蔽效能 metallic enclosure 5G millimeter wave frequency selective surface vent holes array shielding effectiveness 
强激光与粒子束
2021, 33(5): 053006
Author Affiliations
Abstract
Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Optoelectronic Sensor and Sensing Network Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
Subtractive imaging is used to suppress the axial sidelobes and improve the axial resolution of 4pi microscopy with a higher-order radially polarized (RP) Laguerre–Gaussian (LG) beam. A solid-shaped point spread function (PSF) and a doughnut-shaped PSF with a dark spot along the optical axis are generated by tightly focusing a higher-order RP-LG beam and a modulated circularly polarized beam, respectively. By subtracting the two images obtained with those two different PSFs, the axial sidelobes of the subtracted PSF are reduced from 37% to about 10% of the main lobe, and the axial resolution is increased from 0.21λ to 0.15λ.
110.0180 Microscopy 100.6640 Superresolution 170.0180 Microscopy 180.6900 Three-dimensional microscopy 
Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 121103
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了提高星敏感器相对孔径, 拓宽探测光谱范围, 文中通过探测器灵敏度模型的计算, 确定了星敏感器光学系统的设计参数, 进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成, 光谱范围为500~800 nm, 焦距为50 mm, 相对孔径为1/1.25, 视场角为8.45°×8.45°(对角线视场角为11.96°), 总长83.33 mm。镜头采用像方远心光路, 减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的镜头畸变小于0.5%, 质心色偏差控制在±2 ?滋m内, 能量集中度(3×3像元内)大于80%, 最大倍率色差为-0.073 ?滋m, 轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统, 焦距变化量很小, 验证了无热化设计要求, 镜头的成像质量良好。
光学设计 星敏感器 大相对孔径 宽光谱 像方远心 无热化 optical design star sensor large relative aperture wide spectrum telecentric in image space athermalization 
红外与激光工程
2019, 48(7): 0718005
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
设计了一款基于同心透镜的1300万像素超广角手机镜头,得到符合工业生产要求的手机镜头参数。该镜头由4片同心透镜组成,焦距为3.3 mm,F数为1.83,视场角为100°,总长5.18 mm。研究结果表明,在奈奎斯特频率为223 lp/mm处,0.7视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.58,全视场的MTF值均大于0.50;在446 lp/mm处,0.7视场的MTF值均大于0.30,全视场的MTF值均大于0.17。各个视场的弥散斑半径均小于2.3 μm。全视场内相对照度值均大于0.65。
光学设计 同心透镜 超广角 1300万像素 手机镜头 
光学学报
2018, 38(10): 1022001
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了满足监控镜头的小型化、高像质以及大视场的需求, 利用同心结构的同心透镜, 并依据曲面传感器的发展现状及趋势, 设计了一款同心结构的曲面像面监控镜头光学系统。该监控系统的全视场角可达到140°, 有效焦距为7.88 mm, F数为1.5, 系统总长15.12 mm, 像素可达1 100万。设计结果表明, MTF值在中心视场和0.7视场处均接近衍射极限, 在全视场处均大于0.59; 各个视场的弥散斑半径均小于0.6 μm。相比于已有的监控镜头光学系统, 该设计在大视场范围内保证了优良的像质, 并且实现了小型化。
光学设计 监控镜头 同心结构 小型化 超广角 optical design monitor lens monocentric structure miniaturization 
红外与激光工程
2018, 47(12): 1218002
顾志远 1,2,*颜昌翔 1胡春晖 1王洋 1,2[ ... ]刘伟 1
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, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为实现光学系统计算机辅助装调工程化应用,达到根据失调量的计算值对光学元件进行空间位置误差校正的目的,提出了失调量的计算值和调整机构调整量之间的过渡方法,利用坐标变换和最小二乘优化算法建立了失调量调整量的关系模型,完成了两者坐标基准过渡。仿真结果表明,根据此方法自编程序计算出的平移调整量精度可达10-6 mm量级,角度调整量精度可达0.02″量级,计算精度远高于光学系统的装调要求。在模拟装调过程中,与直接采用失调量计算值对元件调整的结果相比,此方法的调整结果明显好于前者。对于不同的光学元件装卡方式和调整机构,可对此算法的相关参量进行赋值,灵活运用于不同的工况,为计算机辅助装调的实际工程化应用提供理论依据。
光学设计 光学系统装调 计算机辅助装调 坐标基准过渡 最小二乘法 
光学学报
2014, 34(3): 0322003

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