检索结果-内蒙古大学图书馆

光学学报 2020年第10期40卷 182-189页

作者：赵乾李卓王欣李德芳徐立强北京理工大学光电学院北京100081 北京市精密光电测量仪器与技术重点实验室北京100081

提出了一种通过制作面内微结构来提高红外场景生成芯片空间分辨率的方法。通过建立简化的二维热传导模型,计算了具有周期性微结构的芯片空间分辨率。通过分析微结构接触面积比及填充因子对红外场景生成芯片空间分辨率的影响,实现了周期... 详细信息

提出了一种通过制作面内微结构来提高红外场景生成芯片空间分辨率的方法。通过建立简化的二维热传导模型,计算了具有周期性微结构的芯片空间分辨率。通过分析微结构接触面积比及填充因子对红外场景生成芯片空间分辨率的影响,实现了周期性微结构的优化设计。理论计算表明,空间分辨率随微结构接触面积比的减小而增大,随填充因子的增大而增大。考虑到制备精度,当微结构的接触面积比为0.18、填充因子为0.52时,芯片在对比度调制传递函数(MTF)值为0.3时的空间分辨率为10.3 lp·mm^-1,是无微结构芯片的两倍。实验制备了两种具有不同接触面积比和填充因子的红外场景生成芯片,芯片直径为7.62 cm,厚度约为800 nm。采用非接触式稳态热成像法对所制作的转换芯片的空间分辨率进行了测量。测量结果表明,接触面积比为0.20和0.46的两个微结构芯片在MTF值为0.3时的空间分辨率分别为11.2 lp·mm^-1和6.6 lp·mm^-1。实验结果与理论计算吻合较好,说明所提方法是一种实用、有效的空间分辨率优化方法。

关键词：薄膜红外场景生成周期性微结构空间分辨率红外辐射

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基于光学傅里叶变换的周期性微结构缺陷检测

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光学精密工程 2017年第7期25卷 1727-1737页

作者：董明利李波张帆孙鹏北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室北京100192

为了实现大视场周期性微结构缺陷检测,提出了一种基于光学傅里叶变换(FT)的大视场周期性微结构缺陷检测方法,并搭建相关实验系统进行实验验证。首先,对周期性微结构的像进行二维快速傅里叶变换,获取周期性微结构的空间频谱;然后,选取一... 详细信息

为了实现大视场周期性微结构缺陷检测,提出了一种基于光学傅里叶变换(FT)的大视场周期性微结构缺陷检测方法,并搭建相关实验系统进行实验验证。首先,对周期性微结构的像进行二维快速傅里叶变换,获取周期性微结构的空间频谱;然后,选取一级衍射斑点中的一个斑点做快速傅里叶逆变换,得到周期性微结构的幅值分布图;最后,根据幅值分布图中的幅值突变位置确定缺陷的位置以及根据幅值突变的剧烈程度来定性地判断缺陷处的点偏离原来位置的位移。实验结果表明:该套系统的测量视场能达到1.5mm×1.5mm,测量分辨率能达到0.5μm以上,在保证分辨率达到要求的前提下,大大地提高了检测视场,能够快速、高效、便捷地在大视场下对周期性微结构进行缺陷检测。

关键词：傅里叶变换大视场周期性微结构缺陷检测

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高功率绿光飞秒激光诱导产生钛表面周期性微结构

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中国激光 2019年第10期46卷 130-138页

作者：秦晓阳黄婷肖荣诗北京工业大学高功率及超快激光先进制造实验室

采用飞秒激光在金属材料表面制备周期性微结构在光伏发电、自清洁以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。采用功率为75 W、脉宽为800 fs、波长为515 nm的飞秒激光,首先研究线扫描条件下钛的烧蚀阈值,然后基于90°交叉面扫描的加工... 详细信息

采用飞秒激光在金属材料表面制备周期性微结构在光伏发电、自清洁以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。采用功率为75 W、脉宽为800 fs、波长为515 nm的飞秒激光,首先研究线扫描条件下钛的烧蚀阈值,然后基于90°交叉面扫描的加工方式诱导钛表面微结构,推导出面扫描时单位点的有效脉冲数计算公式,并对结构演变规律进行归纳分析。结果表明:同文献报道的红外飞秒激光相比,钛表面绿光飞秒激光的烧蚀阈值明显降低;不同参数对钛表面微结构的影响可以归纳为面扫描单位点的有效脉冲数和激光能量密度。当激光能量密度较低时,随着有效脉冲数的增加,钛表面微结构由不均匀分布的驼峰状凸起转变为均匀的柱状阵列结构,能量密度较高时则转变为相互连接的丘陵状结构。高的激光能量密度、低的有效脉冲数与低的激光能量密度、高的有效脉冲数诱导的结构类似,使用高能量密度可显著提高加工效率。

关键词：激光技术绿光飞秒激光周期性微结构钛烧蚀阈值

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周期性微结构光学性质的研究

周期性微结构光学性质的研究

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作者：陈靖南开大学

学位级别：博士

周期性微结构因其特殊的光学性质近年来受到了广泛的重视。在这种结构中，光的传播性质较其在普通介质中有着显著的不同。并且通过改变周期结构的某些物理参数，能够对光传播进行主动的操控，因此吸引了研究者们的极大兴趣，为人们控制... 详细信息

周期性微结构因其特殊的光学性质近年来受到了广泛的重视。在这种结构中，光的传播性质较其在普通介质中有着显著的不同。并且通过改变周期结构的某些物理参数，能够对光传播进行主动的操控，因此吸引了研究者们的极大兴趣，为人们控制材料的光学性质展示了诱人的前景。\n 本文中分别对不同材料的周期性光学微结构进行了实验和理论上的研究。对于金属周期性微结构的研究，我们提出了一种新的构建金属光栅的方法：利用铌酸锂晶体的逆压电效应。通过对此种方式下获得的光栅的激发，观察到了表面等离子激元（surface plasmon polaritons，SPPs）的出现。另外，对于介质周期性微结构的研究，主要对纳米介质波导阵列的光传播性质进行了理论上的分析，并且应用时域有限差分法（Finite-difference Time-domain，FDTD）对介质纳米波导阵列的光传播性质进行了模拟。\n 本论文的主要内容如下：\n 第一章分别对金属周期性微结构和介质周期性微结构的基本物理性质进行了介绍，并概括性地介绍了它们的发展现状，应用前景等问题。\n 第二章讲述了利用铌酸锂晶体的逆压电效应，构建动态可调的金属光栅。首先在铌酸锂晶体内部用两波耦合法记录下体相位光栅。根据铌酸锂晶体的光折变效应，明暗分布的相干条纹会导致晶体内部的载流子的激发。随着载流子激发、迁移、俘获的过程的完成，最终在晶体内部形成一个周期调制的空间电荷场。由于铌酸锂晶体的逆压电效应，晶体内部的调制空间电荷场会引起晶体内部及表面应变张量的变化。这样，在铌酸锂晶体的内部和表面都会受到力的作用而产生微小的形变。此时，溅射到铌酸锂晶体表面的银膜也会随着晶体表面形貌的变化而产生形变。虽然这种形变量非常之小，以至于在通常情况下无法通过衍射被观测到，但是，对于激发SPPs所需要的金属光栅振幅，这样的形变量是足够的。因此，当探测光照射到金属光栅上时，可以观察到SPPs被激发。这种构建金属光栅的方法具有很好的重复性，并且我们从不同的角度进一步证明了金属光栅的确实存在。\n 与传统刻蚀的方法获得金属光栅不同，利用铌酸锂晶体的逆压电效应构建的光栅是动态可调的。相比之下，这种方法简单，可调，容易获取，并且保持了银膜的完整性。利用这种方式还可以构建复合光栅，即在同一个位置上和一个方向上，构建了具有不同周期的两个光栅，同样用探测光对金属光栅进行激发时，可以在相应的两处不同位置上观测到SPPs的激发。在铌酸锂晶体内存储图像时，由于LiNbO3：Fe的逆压电效应，溅射在晶体表面的银膜同样也会随着晶体表面的形变而发生起伏，此时的形变是带有所存图像的信息的。在这样的情况下，被激发的SPPs与光波相互作用产生的一级衍射将得到放大，可以在适当的位置上观测到一级衍射的图像。\n 第三章主要介绍了纳米波导阵列中光束的传播性质。在介质纳米波导阵列中，普通的波导耦合方程不再适用。因为普通的耦合方程中，只考虑了近邻波导间的耦合作用。可是，在纳米波导中大部分能量都集中在波导的外壁传播，因此除了考虑近邻波导间的耦合作用，还要考虑其它波导间的耦合作用。我们对光波耦合方程进行了修正。为了简化计算，我们只是讨论了近邻波导耦合与次近邻波导耦合作用下耦合波方程，并且对三波导纳米分立系统和四波导纳米分立系统进行了方程的推导求解。结果表明，对于三波导纳米分立系统（最简单的纳米奇数波导阵列），要使光束能量从一条波导完全的转移到另外一条波导中，需要本征传播常数之比为含有负数的偶数之比；对于四波导纳米分立系统（最简单的纳米偶数波导阵列），要使光束能量从一条波导完全转移到另一条波导中，需要本征传播常数之比为含有负数的奇数之比。更多条的波导的耦合规律则无法通过耦合方程给出解析解。但是无论波导阵列如何复杂，我们可以确定，通过对耦合系数的适当选取，可以达到对光束传播控制的目的。我们用FDTD的方法对具有不同间隔的纳米二氧化硅波导阵列进行了光束传播性质的模拟。结果表明，通过调节波导间的间隔，即选择了不同的波导耦合系数，是可以达到对传播光束调控的目的。\n 第四章对本论文进行了总结，并对周期性微结构的继续应用进行了展望。

关键词：周期性微结构表面等离子激元纳米波导阵列逆压电效应光波耦合方程时域有限差分法

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飞秒激光诱导铬膜产生周期性微结构

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中国激光 2010年第3期37卷 722-725页

作者：武腾飞周常河朱林伟中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800 中国科学院研究生院北京100049

通过纳焦量级的飞秒激光在铬膜表面诱导出了周期性微结构,并使用入射飞秒激光和激发的表面等离子体波之间的干涉理论模拟分析了飞秒激光作用下铬膜表面的温度场分布情况,定性地解释了铬膜表面周期性微结构产生的机理。实验和理论结果有... 详细信息

通过纳焦量级的飞秒激光在铬膜表面诱导出了周期性微结构,并使用入射飞秒激光和激发的表面等离子体波之间的干涉理论模拟分析了飞秒激光作用下铬膜表面的温度场分布情况,定性地解释了铬膜表面周期性微结构产生的机理。实验和理论结果有助于对飞秒激光和铬膜相互作用机制的理解。

关键词：超快光学飞秒激光表面等离子体波周期性微结构

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基于周期性微结构的氮化镓基发光二极管

基于周期性微结构的氮化镓基发光二极管

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作者：包魁北京大学

学位级别：博士

如何提高氮化镓基发光二极管(GaN基LED)的出光效率是半导体照明技术研究的热点，目前还没有十分有效的方法解决这一问题，在这个领域还有广阔的研究空间。表面粗糙化的方法可以提高GaN基LED的出光效率，但存在可控性差的问题。引入结构... 详细信息

如何提高氮化镓基发光二极管(GaN基LED)的出光效率是半导体照明技术研究的热点，目前还没有十分有效的方法解决这一问题，在这个领域还有广阔的研究空间。表面粗糙化的方法可以提高GaN基LED的出光效率，但存在可控性差的问题。引入结构可控的周期性微结构是提高LED出光效率的重要方法。本论文主要研究了周期性微结构提高GaN基LED出光效率的机制并实现了大面积GaN基LED表面微结构的制备。在理论上分析了周期性微结构对LED出光的影响，实验上发展了简易可行的GaN微结构制备技术，制备了带有周期性微结构的GaN基LED原型器件，提高了LED的出光效率。主要研究内容如下：\n (1)为了分析表面周期性微结构对GaN基LED出光效率的影响，利用严格耦合波分析方法和光线追迹方法模拟了LED表面周期性微结构与光的相互作用。结果表明，周期性微结构的散射和衍射效应使大于全反射角入射的光能够部分出射，提高了出光表面透射率，因而有利于提高LED的出光效率。根据不同结构GaN基LED的光场分布特点提出了在表面引入周期性微结构的方案。\n (2)针对GaN基LED微结构制备的难点，研究了微结构制备技术。利用紫外压印技术制备了GaN基亚微米周期结构，并且创新性地提出和发展了两套无需刻蚀简易可行的微结构制备方法。分别是：1)针对GaN基倒装型LED引入表面微结构的要求，发展了采用压印方法一步实现LED薄膜封装和表面微结构制备的技术；2)针对GaN基薄膜型LED引入微结构的要求，结合激光剥离和微结构压印发展了改良激光剥离(M-LLO)技术，一步实现了具有微结构的GaN基薄膜LED。这些技术为高效率GaN基LED微制备提供了创新性的思路和方法。\n (3)以本论文实现的微结构制备技术为基础，形成了有周期性微结构的GaN基LED原型器件。主要有：1)带有薄膜封装表面周期性微结构的GaN基倒装型LED；2)带有n面GaN周期性微结构的薄膜型LED。结果表明，微结构的引入提高了GaN基LED的出光效率，并且出光效率受到周期性微结构对称性、形貌、深度等因素的影响。周期性微结构的引入使LED的出光效率最大提高了一倍。

关键词：周期性微结构氮化镓基发光二极管半导体照明激光剥离衍射效应出光效率

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一维周期性微结构表面辐射特性的数值模拟

一维周期性微结构表面辐射特性的数值模拟

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作者：蒋乙九哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微纳米尺度的辐射和传统的宏观大尺度的热辐射问题有很大的差别。对于一个热辐射问题,当其结构特征尺寸与热辐射波长相近时,其辐射传输特性会表现出新的特点。热辐射的本质是电磁波,利用电磁场理论可以准确地描述热辐射电磁波场量间的... 详细信息

微纳米尺度的辐射和传统的宏观大尺度的热辐射问题有很大的差别。对于一个热辐射问题,当其结构特征尺寸与热辐射波长相近时,其辐射传输特性会表现出新的特点。热辐射的本质是电磁波,利用电磁场理论可以准确地描述热辐射电磁波场量间的相互关系和波动特性。因此,基于Maxwell方程组的数值方法可以对周期性微结构的热辐射特性做出准确的模拟和分析。本文基于Maxwell方程组,采用时域有限差分方法和平面波展开法,研究了一维周期性微结构在可见光和近红外波段的反射特性,讨论了其反射率曲线的特点以及影响因素,包括周期数、介质的折射率、介质的光学厚度以及入射角度等。并研究了在一维光子晶体的周期间加入金属钠米层时结构体系的反射特性,分析了微结构周期数和金属层厚度对其反射特性的影响,发现可以利用金属银的薄层使一维微结构在周期数很小时表现出明显的光子带隙并通过金属层厚度对禁带宽度进行控制。为了达到控制一维周期性结构透射特性的目的,本文分别研究了以空气狭缝分割的一维光子晶体结构和表面添加周期性突起的该种结构的透射特性及其影响因素,得到了该种周期性微结构的选择性透射峰的透射率和位置与结构参数和材料折射率之间的关系,较好地实现对波长的选择透射性。基于对一维周期性结构反射特性的研究,建立了仿南美闪蝶翅膀角质层结构的一种周期性微结构模型,通过对其在可见光波段反射特性的计算,分析了生物结构显色的原理。分别讨论了这种仿生周期性微结构的结构参数和环境折射率对其反射特性的影响。

关键词：热辐射周期性微结构辐射特性一维光子晶体时域有限差分

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激光干涉制备的周期性微结构及其SPR/SERS传感特性研究

激光干涉制备的周期性微结构及其SPR/SERS传感特性研究

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作者：曹凯江南大学

学位级别：硕士

表面等离子体共振（SPR）和表面增强拉曼散射（SERS）传感技术因其高灵敏度和高准确度,在生物医学检测、环境检测和化学分析等多个领域有广泛的应用。然而,随着传感器灵敏度的提升,其可靠性也面临挑战。研发SPR/SERS双模传感器是提高传... 详细信息

表面等离子体共振（SPR）和表面增强拉曼散射（SERS）传感技术因其高灵敏度和高准确度,在生物医学检测、环境检测和化学分析等多个领域有广泛的应用。然而,随着传感器灵敏度的提升,其可靠性也面临挑战。研发SPR/SERS双模传感器是提高传感器灵敏度和可靠性的一种有效策略。这种双模传感技术结合了SPR和SERS的优势,能够利用SPR技术检测分子间结合过程的折射率变化,同时通过SERS技术提供分子的特异性“指纹”,实现更为全面的分析。周期性微结构具有较好的重复性和稳定性,且易于与其他微纳器件集成。周期性微结构可以通过提供额外的波矢来补偿入射光与表面等离子体波矢之间的差异,有效激发了SPR,同时利用SPR产生的电磁场增强显著提高拉曼散射信号。通过调整周期性微结构的几何参数,可以精确调控共振波长并优化SPR与SERS信号,实现高效的SPR/SERS双模传感。此外,开发一种低成本、简便、快速的方法来制备周期性微结构也至关重要。激光干涉技术以其操作的灵活性、快速、非接触和环境友好等特点,在成本效益上展现出优势,特别适合制作周期性微结构。利用激光干涉技术制备的周期性微结构在增强SPR/SERS传感器的灵敏性、稳定性以及可靠性方面展现了显著的优势,因此成为开发这类传感器的理想选择。本研究的主要工作涵盖两个方面,一方面是通过两种基于激光干涉的方法低成本、快速地制备周期性微结构,并配合物理气相沉积的方法制备金属周期性微结构。另一方面是将制备的微结构应用于SPR/SERS双模传感器。本文的主要研究内容如下: （1）利用直接激光干涉图案化（DLIP）技术,在单晶硅的表面制备了周期分别为490 nm、566 nm和765 nm的光栅结构。为解决传统DLIP技术在硅表面制备亚微米光栅时深度不足的问题,本研究引入湿法刻蚀的后处理步骤,从而有效提高了这些微结构的深度。原子力显微镜（AFM）和衍射效率测量的结果证实,湿法刻蚀辅助DLIP技术能够制备具有不同深度、周期和衍射效率的梯形光栅,且这些光栅的表面均匀性得到显著改善。此外,本研究还利用激光干涉光刻（LIL）技术,在硅-光刻胶界面上成功制备了周期为765 nm的一维和二维周期性微结构。最后,本文利用物理气相沉积技术成功地制备了金属微结构。（2）本文采用自搭建的SPR测试光路,对所制备的金属光栅及其与流体通道的集成系统进行了SPR性能评估。首先,对使用了湿法刻蚀辅助DLIP技术制备的金-硅光栅进行了SPR性能测试。在所测试的金-硅光栅中,周期为490 nm的金-硅光栅具有最窄的半高全宽（FWHM）和最高的品质因数（FOM）分别为15.1 nm和30.3 RIU-1。而566 nm周期的金-硅光栅的吸收峰最深,达到了70.3%。周期为765 nm金-硅光栅显示出了最高的灵敏度,为751.038 nm/RIU,同时,其折射率分辨率也非常高,达到了2.93×10-5RIU。然后,对使用了激光干涉光刻法制备的金-光刻胶光栅同样进行了SPR性能测试,结果表明其具有755.2 nm/RIU的高灵敏度,FWHM为12.9 nm,FOM为58.5RIU-1,折射率分辨率为2.77×10-5RIU。（3）使用时域有限差分法（FDTD）对周期为765 nm的梯形金-硅光栅进行了场增强模拟。此外,将周期为765 nm的金-硅光栅作为SERS基底,通过显微共聚焦拉曼光谱仪成功检测了低至10-9M浓度的罗丹明溶液。利用该金-硅光栅的SPR效应及其电磁场增强效应带来的拉曼增强能力,设计了一种SPR/SERS双模传感器。在SPR模式下,通过化学偶联的方法将蛋白A固定在金-硅光栅的表面,实现了与人免疫球蛋白分子（H-Ig G）的特异性结合,并达到了23.5 n M的检测限。在SERS模式下,采用直接测量的方法,实现了低至1.176 n M的检测限。本论文提出的激光干涉方法制备的周期性微结构,为SPR/SERS双模传感器的研发提供了新的视角。通过微结构参数和集成技术的优化,有望显著增强这一类传感器的性能,进而促进低成本、高灵敏度和高准确度的传感技术向广泛的实际应用转变。

关键词：激光干涉周期性微结构表面等离子体共振表面增强拉曼散射

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周期性微结构表面辐射特性数值研究

周期性微结构表面辐射特性数值研究

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中国工程热物理学会2008年传热传质学学术会议

作者：帅永刘林华王雁鸣谈和平哈尔滨工业大学能源学院航空航天热物理研究所哈尔滨150001

本文从Maxwell方程组出发，建立具有典型微结构表面热辐射的电磁理论模型，通过时域有限差分数值算法研究微结构表面与入射辐射间的相互作用，考察了尺寸参数、物性参数、入射波长和微结构几何形态等因素对表面辐射特性的影响，为实现微... 详细信息

本文从Maxwell方程组出发，建立具有典型微结构表面热辐射的电磁理论模型，通过时域有限差分数值算法研究微结构表面与入射辐射间的相互作用，考察了尺寸参数、物性参数、入射波长和微结构几何形态等因素对表面辐射特性的影响，为实现微/纳米尺度下表面辐射特性的调节以及表面辐射流的控制提供必要的理论准备。

关键词：有限时域差分表面热辐射周期性微结构热辐射流电磁理论模型

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周期性微结构的有限元和边界元分析技术

周期性微结构的有限元和边界元分析技术

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中国计算力学大会2003'

作者：杨庆生北京工业大学工程力学系工程数值模拟中心(北京)

复合材料和多孔材料等材料一般具有或者被模拟为周期性微结构,代表体元模型与有限元和边界元法的应用是进行有效性能和微观变形分析的主要方法.本文研究周期性微结构分析的有限元和边界元技术,发展了一种实现周期边界条件的直接方法.数... 详细信息

复合材料和多孔材料等材料一般具有或者被模拟为周期性微结构,代表体元模型与有限元和边界元法的应用是进行有效性能和微观变形分析的主要方法.本文研究周期性微结构分析的有限元和边界元技术,发展了一种实现周期边界条件的直接方法.数值分析例题展示了复杂微结构变形的周期性和重复性,从而证实本文方法的可靠性.

关键词：复合材料多孔材料周期性微结构有限元边界元

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