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光学模拟计算微型化器件设计及研究

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摘要

1绪论

1.1模拟计算器

1.2傅里叶光学对光场信息处理

1.3光学模拟计算人工电磁表面实现

1.4光学模拟计算格林函数法实现

1.5不同光学模拟计算功能实现

1.6本论文的研究内容与创新点

2基于多层膜结构近红外波段的光学模拟计算器件

2.1结构设计与理论分析

2.2基于传输矩阵实现参数优化

2.3模拟结果

2.3.1优化角谱范围为[-π/2,π/2]的多层膜结构

2.3.2不同优化范围的多层膜结构

2.4对不同优化角谱范围结构定量分析

2.4.1对不同束腰宽度不同优化范围的结构定量分析

2.4.2对不同优化角谱范围多层膜最小层数探究

2.4.3改变系数提高出射效率

2.5其他入射场分布分析

2.6基于多层膜实现一阶徼分光学模拟计算

2.7本章小结

3基于人工电磁表面实现光学模拟计算器件

3.1人工电磁表面实现中红外一阶微分器

3.1.1人工电磁表面单元设计

3.1.2结构响应函数性能

3.1.2模拟结果

3.1.3器件角谱性能检验

3.2基于人工电磁表面实现近红外一阶徼分器件

3.2.1结构设计

3.2.2样品制备

3.2.3实验验证

3.3本章小结

4总结与展望

4.1总结

4.2展望

参考文献

附录

作者简介

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摘要

光学模拟计算器件是指能够对入射的空间光场进行不同的数学运算的器件。近年来,由于纳米光子学和微纳制造工艺逐渐成熟,相关的研究也得到越来越多的关注。这种新型光学器件能够在光场与器件作用的时间内对整个光场实现数学运算功能,理论上会比电子计算器件有更高的速度。本文主要提出了多种光学模拟计算器件的实现方法,并对其应用范围,实验实现,以及改进方向进行探讨。文章首先介绍了光学模拟计算的基本原理,以及与傅里叶光学,模拟电子等学科的关系,同时分析了国内外光学模拟计算的发展现状和趋势,同时总结了目前几种主要的光学模拟计算实现方法以及其对应的不足与局限性。 随后提出了一种基于多层膜结构的光学模拟计算器件,使用传输矩阵的方法对多层膜层数及厚度等参数进行优化探索,对优化出来的结构使用COMSOL和CST等仿真软件验证了其具有光学模拟计算的效果。另外,通过对不同尺寸的光场,以及不同多层膜结构的器件进行模拟,还探究了入射场角谱与器件优化角谱的关系,发现了对于不同尺寸的光场,对光学计算器件运算效果有不同的影响。由此,文章针对不同的入射光场提出了一系列的优化方案,模拟结果也与文章的推论一致。 另外,也提出了一种基于人工电磁表面结构的光学模拟计算器件并对其进行了实验验证,整个结构能够采用COMOS工艺进行制备,而且能够推广到不同波长中。相比起使用多层膜结构,人工电磁表面结构能够提高器件与光场作用的信噪比,也提高了对结构的鲁棒性,不过设计的灵活性也有所下降。

著录项

  • 作者

    吴文辉;

  • 作者单位

    浙江大学;

  • 授予单位 浙江大学;
  • 学科 光学工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 马云贵;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    光学; 模拟计算; 微型化;

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