电磁波传播过程中的等离子诱导透明效应以其强烈的色散特性在慢光器件、光动态存储器件、高灵敏度传感器等方面有着广泛的应用前景,而亚波长周期超表面成为了实现此效应常用的手段之一。如何有效调控由亚波长周期超表面与外场相互作用而产生的等离子诱导透明效应则成为了研究的热点。采用太赫兹时域光谱技术对放置在平行平板波导中的等离子诱导透明超表面进行了系统研究。在外部横电模式的激励下,通过改变超表面的结构参数,在理论和实验上实现了基于平行平板波导-超表面系统的等离子诱导透明效应的有效调控。另外,还通过表面电流和电场绝对值分布的模拟对等离子诱导透明效应调控背后的机制进行了探究。所得结果可以为基于等离子诱导透明效应的可调控电磁器件的设计提供一种新的思路。

基于电磁理论及相关研究,提出了一个计算T型腔太赫兹平行平板金属波导消逝模共振频率的拟合公式,分别用拟合公式和COMSOL软件研究了不同参数下消逝模的共振频率。实验结果表明,两种方法得到的结果吻合程度较好,相对偏差均不超过0.3%。拟合公式提供了一种快速简单又能准确获得消逝模共振频率的计算方法。

基于平行平板波导的TE1模式理论和电场是近似线偏振的假设,推导了余弦-高斯光束在平行平板波导中的电场传输表达式。在傍轴近似的条件下,余弦-高斯光束可以作为平行平板波导的一个基础解。当频率为0.35 THz时,对余弦-高斯光束在金属铜平行平板波导中的传输进行了数值模拟,结果表明模拟的幅值和相位与根据电场表达式所得结果符合得很好,同时也讨论了z轴方向上模拟的相位与理论结果的偏差和电场散度方程的完备性。

为了更简便、准确地测量透明平行板, 提出了一种基于区域生长算法与傅里叶变换的单幅三表面干涉条纹相位恢复方法。通过傅里叶变化将三表面干涉条纹图由空域变化到频谱域。不同表面的干涉条纹在频谱域中对应的位置不同, 通过改变区域生长算法中的参数, 提取出合适的区域, 最终得到面形。该方法可以由单幅三表面干涉条纹图同时得到透明平行板前后两个表面的面形。分析了由算法求得的表面面形的误差, 通过叠加分离的双表面干涉图与原三条纹图进行比较, 得到相应的误差分布图, 通过误差分布图可以改善算法的精度。将得到的面形与Zygo干涉仪得到的面形进行对比, 发现该方法测量精度较高, 其相位提取误差PV值小于0.12λ, RMS值小于0.065λ; 重复性得到验证, 其重复率可靠度优于λ/100。测量到的面形与物体真实面形接近, 测量方法更加简便。

在卡式系统的后光路中加入倾斜的平板, 实现同轴透射端可见光的接收及反射端红外光的发射。该卡式系统口径为400 mm, 焦距为4 000 mm, 视场为±1.5′, 加入平板后会给系统造成较大的像差, 为了达到系统设计要求: 角分辨率小于1″, MTF曲线在35.7 lp/mm处高于0.6。分析了倾斜平板产生的像差, 对比不同材料和厚度的平板对像差的影响。通过加入偏转的双胶合透镜校正像差, 但该方法会使系统的出瞳位置发生变化, 从而提出使用偏转三胶合透镜保证出瞳位置的校正方法, 并对加入的透镜进行公差分析, 最终达到设计指标。

由于半导体激光器快慢轴方向的光束质量相差较大, 为完成半导体激光器堆栈的光纤耦合, 通常采用棱镜堆对光束进行整形。提出一种先填充快轴方向暗区、后旋转重排的光束整形技术, 基于棱镜内部的全反射和平行平板对光束的偏移作用, 在不使用棱镜堆的情况下完成了整个光束的整形过程。所提技术可将8个巴条组成的半导体激光器堆栈耦合到芯径为200 μm、数值孔径为0.22的光纤中, 输出功率可达544.47 W, 系统的光-光转换效率达到85%。

为了消除平行平板类光学元件的多表面干涉效应对元件面形测量的影响, 提出了基于波长移相调谐技术与傅里叶变换原理的多表面干涉条纹检测技术。首先, 根据波长移相原理和被测元件的厚度, 按照推算出的被测腔长与元件厚度间的比例关系正确摆放被测元件的测试位置。然后, 通过波长移相技术采集一组干涉图。最后, 对这组多表面干涉图进行离散傅里叶变换, 提取带有被测元件前后表面面形的频率信息以及厚度变化的频率信息, 通过重构算法得到准确的面形信息和厚度信息。实验结果表明: 与传统的13步移相算法相比, 得到的前表面PV值和RMS值分别相差0.003和0.001, 而后表面PV值与RMS值分别相差0和0.001。这些结果基本满足平行平板类光学元件面形的高精度测量与洁净测量的要求。

为了解决使用激光干涉仪测量平行平板光学元件面形时会产生干扰条纹的问题，提出了一种利用短相干光干涉测量平行平板光学元件面形的方法。在泰曼格林干涉仪中使用钠光为光源，由于钠光为短相干光源，当参考面与被测平板前表面光程匹配时，平行平板后表面的反射光无法与参考光和测试光干涉，从而避免了干扰条纹的产生。测量时采集到的为单幅干涉图，使用虚光栅移相叠栅条纹法从中提取波面数据，即可得到平行平板光学元件的面形数据。实验测量了一平行平板光学元件的面形，其面形数据与使用Zygo干涉仪测得的结果吻合。

分析异形微孔激光加工的现状, 开展了折射式扫描系统的设计和应用研究。利用振镜电机快速改变折射式光学元件组相对激光束光轴的角度, 从而精确控制激光聚焦光斑在加工面上的微小位移值。这种加工方式既保留了振镜扫描定位速度快, 加工轨迹控制简便, 可以实现各种异形孔加工的优势; 又通过折射式光学元件组将传统反射式振镜扫描系统的几十毫米的加工范围精确缩微至几百微米, 这种百倍级的光学缩微系统大幅度降低了高速振镜电机的角度分辨率、热漂移、零点漂移带来的影响, 从而保证了激光加工的高精度定位和重复性。