上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
为克服以近似理论分析为主的米氏散射方法在研究微粒粒径小于入射光波长情况下带来的局限性，采用了基于数值化模拟的有限时域差分（FDTD）方法对纳米级散射体微粒在近场聚焦光束下发生的聚焦作用进行仿真研究。以聚焦的线偏振光为光源，并将球形纳米空气粒子嵌入固态浸没透镜底面光束聚焦点位置，使用FDTD仿真软件模拟了纳米空气粒子附近的光强分布信息。通过改变相应的仿真条件，选出最合适的纳米散射结构参数，实现了良好的聚焦成像效果。
线偏振光 固态浸没透镜 米氏散射 聚焦 FDTD linearly polarized light solid immersion lens Mie scattering focusing FDTD
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针对亚波长光栅的共振特性，设计了一种基于法诺共振的亚波长光栅并研究了其共振特性。利用光学模拟软件FDTD Solutions对该光栅结构进行数值模拟，在可见光波段，对影响光栅性能的周期、折射率、占空比等光栅参数进行了研究，从而得到了一种共振强度高、谱线精细、共振峰位置可控的法诺共振谱线。该研究成果可用来研制1 nm精度的光谱滤波器。
亚波长光栅 法诺共振 可见光波段 subwavelength grating Fano resonance the visible light region
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相位恢复算法一直存在着精确度不高, 收敛速度慢甚至停滞不前等问题。将基于光强传输方程 (TIE)法与 G-S迭代算法混合提高了相位恢复的精确度, 梯度算法的提出加大了迭代步长, 使得收敛速度加快。采用 GS-TIE算法和振幅加成梯度算法分别从仿真和实验的角度去比较分析恢复的效果。通过对二维图像仿真得出, 振幅加成梯度算法在收敛速度上是 GS-TIE迭代算法的 3倍, 精确度是 GS-TIE迭代算法的 10倍。从实验结果得知, GS-TIE恢复的相位清晰可见, 轮廓明显, 在边缘处过度均匀, 而振幅加成梯度算法相对比较模糊, 在轮廓边缘处过度不均匀, 悬差较大。
相位恢复 振幅加成算法 梯度算法 GS-TIE迭代算法 phase retrieval amplitude-addition algorithm gradient algorithm GS-TIE iteration algorithm
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声致发光现象是指当液体受到强大声波作用时，液体中会产生一种 “声空化 ”现象。即在液体中产生气泡，气泡瞬间缩小到一个非常小的体积，在此过程中会发出瞬间闪光并伴随释放大量的热量。声致发光作为声学和光学的交叉学科引起了很多人的兴趣。本文对声致发光这种奇特的现象进行系统评述，讨论声致发光的几种机理，介绍单泡声致发光和多泡声致发光的研究进展以及各领域最新研究成果，并对声致发光未来的发展及应用前景作出展望。
声致发光 发光机理 单泡声致发光 多泡声致发光 sonoluminescence luminescence mechanism single bubble sonoluminescence multi-bubble sonoluminescence
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在近场条件下金纳米粒子能引起光场矢量局部变化，针对金纳米粒子的这一特性，提出了一种检测近场光偏振态的新方法。将半径为 50 nm的金纳米小球组成金纳米粒子阵列结构，利用该结构产生一定的光强分布图案，用于检测不同偏振态的光场矢量。利用数值模拟软件 FDTD对金纳米粒子阵列结构进行模拟仿真，结果表明，从仿真图案上可以直观地分辨出 5种不同偏振态的光场。
表面等离子体 偏振态测量 近场 surface plasmons polarization measurement near-field
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纳米尺寸的聚焦光斑在光存储、光学成像等领域有着重要的作用,为此设计了一种近场聚焦系统来获得超分辨率纳米聚焦光斑。系统中使用纵向偏振光做光源,用于激发光学天线产生表面等离子体增益,形成纳米光斑。分析了不同材料和尺寸的光学天线对超分辨率聚焦的影响,进而设计由合适的材料和结构构成的光学天线,实现10 nm直径的聚焦光斑。
超分辨率聚焦 纵向偏振光 光学天线 super-resolution focusing longitudinally polarized light optical antenna
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根据相移切趾器原理设计了七环π相移切趾波带片,准直光束经波带片与透镜聚焦后产生局域空心光束。理论上根据标量衍射理论研究局域空心光束的光场分布,并对其光强分布进行仿真,证明光束的三维“密闭性”。实验中基于空间光调制器与透镜相位得到暗斑最大半径为50.4 μm的局域空心光束,且光强为零,其实验结果与理论分析基本吻合。
相移切趾器 局域空心光束 空间光调制器 透镜位相 phase-shifting apodizer bottle beam spatial light modulator(SLM) lens phase
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近年来,艾里光束因具有横向加速、无衍射以及自愈等独特性质引起了人们的广泛关注。该光束的光场振幅分布遵从艾里函数,并满足类似薛定谔型的波动方程。从理论和实验、线性和非线性、应用等多个方面对它进行研究。从理论上阐述了艾里光束产生的原理,用相位空间光调制器从实验上产生了艾里光束。在此基础上,采用瑞利近似方法,重点分析了在一维艾里光束作用下,粒子所受的光学散射力、梯度力以及粒子所受的光学散射力和梯度力与粒子半径、折射率的关系。
艾里光束 横向加速 瑞利近似 散射力和梯度力 Airy beams acceleration Rayleigh approximation gradient and scattering forces
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用二元相位器件调制角向偏振激光光束,然后用高数值孔径物镜聚焦,在实验上产生了一个超分辨光学聚焦暗斑。二元相位器件的调制作用是通过让角向偏振光束经一块刻有多环同心环状凹槽的玻璃基板实现的。用刀口法检测了焦点附近的3D光束分布特性,得到了尺寸是0.32 λ且在4 λ左右的长度内保持不变的超分辨暗斑。这样的光学聚焦暗斑可能会应用于超分辨显微技术和光学捕获。
光学设计及制作 二元光学器件 光电探测器 偏振态 optical design and fabrication binary optics photodetector polarization
