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微球透镜亚波长显微成像远场特性实验研究

光学技术 2022年第1期48卷 60-64页

作者：郭明磊官邦贵秦炎福安徽科技学院电气与电子工程学院光电技术实验室安徽蚌埠233030 南京师范大学物理与科学技术学院纳米光子学实验室南京210097

利用低折射率的二氧化硅和高折射率的钛酸钡微球透镜对蓝光刻录光碟的亚波长表面结构进行了显微成像实验,观察了两类微球在空间上与样品表面分离时的成像特性。实验结果表明:在微球透镜与样品表面分离0~6μm的空间范围内,微球透镜对亚... 详细信息

利用低折射率的二氧化硅和高折射率的钛酸钡微球透镜对蓝光刻录光碟的亚波长表面结构进行了显微成像实验,观察了两类微球在空间上与样品表面分离时的成像特性。实验结果表明:在微球透镜与样品表面分离0~6μm的空间范围内,微球透镜对亚波长纳米结构仍具有分辨能力,且放大作用明显。通过实验比较,发现在浸没方式、放大率大小、成像尺度范围等方面,高折射微球表现出不同于低折射微球的远场特性。微球透镜的电场强度仿真表明,微球成像特性受电场分布的影响明显,为进一步揭示微球超分辨显微成像的机理提供了依据。

关键词：微球显微成像亚波长远场光衍射

金属-电介质复合结构实现荧光远场增强（英文）

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中国光学 2020年第2期13卷 372-380页

作者：董林秀陈智辉杨毅彪费宏明刘欣太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室太原理工大学物理与光电工程学院

本文提出一种大尺度的金属-电介质复合微纳结构(银-硅结构),用于提高荧光生物检测的灵敏度及解决荧光物质距离结构远场范围时荧光增强的近场局限。这种大尺度的金属-电介质复合微纳结构与之前的金属-电介质复合微纳结构不同,其通过光的... 详细信息

本文提出一种大尺度的金属-电介质复合微纳结构(银-硅结构),用于提高荧光生物检测的灵敏度及解决荧光物质距离结构远场范围时荧光增强的近场局限。这种大尺度的金属-电介质复合微纳结构与之前的金属-电介质复合微纳结构不同,其通过光的散射和干涉实现了荧光物质距离结构远场范围时的荧光增强。在本文中,通过采用时域有限差分法,主要从荧光激发和荧光发射两个过程研究银-硅结构。结果表明,在激发过程中,银-硅结构的荧光强度高于玻璃结构且位于银-硅结构两柱之间的狭缝中的电场分布比金属结构(银结构)更均匀,因此在银-硅结构中可以实现荧光增强,而且分子运动行为的检测更准确。在发射过程中,当荧光纳米粒子距离结构远场范围内时,与玻璃相比,银-硅结构可以实现更好的荧光增强效果。利用银-硅结构实现荧光增强的机理是光的散射和干涉,荧光被银膜向上散射,同时,结构两侧的银/硅柱也散射一部分荧光,荧光相互干涉传播至远场实现荧光增强。此外,银-硅结构易于制备和集成。因此,其可以很好地应用于生物传感领域。

关键词：荧光增强金属-电介质结构远场生物传感

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基于分形谐振器的远场超分辨率扫描成像

物理学报 2019年第24期68卷 146-152页

作者：高强李小秋周志鹏孙磊南京电子技术研究所南京210039 天线与微波技术国防科技重点实验室南京210013 电子科技大学应用物理研究所成都610054

为突破传统衍射极限实现远场超分辨率扫描成像,提出一种基于分形谐振器的微结构阵列用于目标远场超分辨率扫描成像.该阵列基于局域模谐振原理,将目标的超分辨率信息包含在频谱中传播到远场,可在远场通过频谱信息判断目标所在位置,从而... 详细信息

为突破传统衍射极限实现远场超分辨率扫描成像,提出一种基于分形谐振器的微结构阵列用于目标远场超分辨率扫描成像.该阵列基于局域模谐振原理,将目标的超分辨率信息包含在频谱中传播到远场,可在远场通过频谱信息判断目标所在位置,从而不借助于格林函数实现超分辨率实时成像,成像过程简单方便.基于分形谐振器的设计使阵列具有多频点工作的特点,最终实现了λ/10的超分辨率成像.结合分形谐振器一阶谐振和三阶谐振的特点,提出一种可有效提升成像效率的新型的扫描成像方法.

关键词：远场超分辨率扫描成像分形谐振器成像效率

基于光学超振荡的太赫兹远场超分辨器件设计方法

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基于光学超振荡的太赫兹远场超分辨器件设计方法

作者：祝捷贤西南科技大学

学位级别：硕士

太赫兹波具有低伤害性、高穿透性和瞬态性等特性,这使其在医学、通讯和无损检测等领域有着广泛的应用。深入研究太赫兹波段光学聚焦器件光学聚焦特性对提高系统光学分辨率实现超分辨有重要的指导意义。本文调研了太赫兹远场超分辨聚焦... 详细信息

太赫兹波具有低伤害性、高穿透性和瞬态性等特性,这使其在医学、通讯和无损检测等领域有着广泛的应用。深入研究太赫兹波段光学聚焦器件光学聚焦特性对提高系统光学分辨率实现超分辨有重要的指导意义。本文调研了太赫兹远场超分辨聚焦器件的发展现状,探究了光学超振荡光学聚焦机理,即利用不同频率分量的可传播波构建在局域快速振荡的远场超分辨聚焦光场。采用径向偏振光作为入射光场,基于光学超振荡机制,结合光学超表面对入射光场的调控原理,进行太赫兹远场超分辨聚焦器件的设计。选取粒子群优化算法作为太赫兹远场超分辨聚焦器件设计过程中的核心优化算法,通过对光场关键参数进行迭代优化;基于MATLAB编程实现了太赫兹远场超分辨器件设计方法,最终获取聚焦器件的振幅相位分布。针对设计的二值相位型远场超分辨聚焦器件,采用Comsol Multiphysics对设计的聚焦器件进行建模仿真,仿真结果表明:入射波长为λ=2500μm时,在焦距5.4λ处产生了聚焦焦斑尺寸为0.445λ(小于衍射极限0.518λ)的焦斑,旁瓣比率为15.87%,工作带宽可达800μm;验证了所提出基于光学超振荡的太赫兹远场超分辨聚焦器件设计方法的可行性。另外,针对现有太赫兹远场超分辨聚焦器件存在自由度低和入射光场、偏振转换器件和聚焦器件之间的光场对准的问题,设计了一种集成型太赫兹远场超分辨聚焦器件。该器件工作波长为λ=2500μm,并采用高阻硅作为调控单元基本材料。仿真结果表明:该聚焦器件实现了标量光场到柱矢量光场的转换,偏振方向沿半径方向;在焦平面上的焦斑峰值半高全宽为0.418λ,实现了超分辨聚焦;在[1900μm 2700μm]的波长范围内,可进行有效聚焦;更为重要的是,当入射偏振角度与所提出太赫兹超透镜工作轴之间的夹角为90度时,实心焦斑转变成为空心聚焦焦斑,该空心聚焦焦斑的内径半高半宽为0.324λ,远远低于超振荡判据0.390λ。所设计器件的仿真结果,进一步验证了太赫兹远场分辨设计器件设计方法。本文基于光学超振荡机制,形成了一种太赫兹远场超分辨器件设计方法,并基于该方法设计了二值相位型和集成相位偏振调控型器件,通过仿真软件验证了聚焦器件的关键聚焦性能。本文的研究成果可应用于太赫兹成像、太赫兹显微等领域,且可进一步拓展至其他光学领域。

关键词：太赫兹光学超振荡超分辨聚焦远场

基于大规模可重构智能表面的近远场混合信道模型

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电子与信息学报 2022年第11期44卷 3866-3873页

作者：罗文宇马怡乐邵霞许丽南希茜华北水利水电大学郑州450046

近来,可重构智能表面(RIS)作为一种全新的革命性技术引起了学术界和工业界的广泛关注。随着通信频率的提高以及RIS孔径的增大,RIS辅助无线通信的工作条件逐渐靠近天线的近场辐射模式,而非仅仅存在传统意义中的远场辐射。单独考虑远场或... 详细信息

近来,可重构智能表面(RIS)作为一种全新的革命性技术引起了学术界和工业界的广泛关注。随着通信频率的提高以及RIS孔径的增大,RIS辅助无线通信的工作条件逐渐靠近天线的近场辐射模式,而非仅仅存在传统意义中的远场辐射。单独考虑远场或者近场的信道模型均无法准确刻画RIS辅助无线通信的传输特性,造成性能损失。针对此问题,该文梳理了大规模RIS辅助通信近场和远场信道模型,通过引入权重因子,构建了大规模RIS辅助无线通信场景下近远场混合信道模型。在此基础上,推导了近远场混合信道模型下系统的增益与损耗,并进行鲁棒性分析,仿真结果表明该混合模型带来的系统增益与模型鲁棒性均显著提升。

关键词：可重构智能表面近场远场混合信道模型

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基于周期结构负反射的远场增强成像研究

物理学报 2015年第5期64卷 220-225页

作者：杨丹青王莉王新龙南京大学声学研究所南京210093

远场高分辨率成像是近几年来声学和光学领域的研究焦点之一,倏逝波无法在介质中传播成为将高分辨率成像带入远场的最大困难.本文提出了一种均匀排列的散射钢柱构成的超构散射体成像方式,利用周期结构负反射现象将倏逝波信息转化为可传... 详细信息

远场高分辨率成像是近几年来声学和光学领域的研究焦点之一,倏逝波无法在介质中传播成为将高分辨率成像带入远场的最大困难.本文提出了一种均匀排列的散射钢柱构成的超构散射体成像方式,利用周期结构负反射现象将倏逝波信息转化为可传播波来增强成像.有限元数值模拟被用来研究和验证该方案的可行性,结果显示波长3.4 mm的声波可以在20 cm外的远场获得大约0.6个波长的成像分辨能力.通过减小散射体的晶格常数有希望达到更高分辨率成像.

关键词：负反射远场成像

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应用于RFID系统的近远场天线研究

应用于RFID系统的近远场天线研究

作者：熊昂宇大连海事大学

学位级别：硕士

天线作为射频识别系统的关键部件之一,根据作用距离的不同可分为近场天线和远场天线。近场系统中,标签和读写器之间通过磁场或电场耦合工作;由于磁耦合在液体和金属环境中有更高的稳定性,在实际应用中更受青睐。远场天线辐射能力强、作... 详细信息

天线作为射频识别系统的关键部件之一,根据作用距离的不同可分为近场天线和远场天线。近场系统中,标签和读写器之间通过磁场或电场耦合工作;由于磁耦合在液体和金属环境中有更高的稳定性,在实际应用中更受青睐。远场天线辐射能力强、作用范围大,广泛应用在物流、仓储等固定和手持式的阅读器中。本文以超高频射频识别系统应用为背景,从磁耦合近场均匀天线、手持机高定向增益远场天线、近远场复用天线三个方面进行研究。本文的主要研究工作和贡献有:1、为满足超高频射频识别阅读器近场天线对宽频带内均匀场分布的需求,将同相电流环和反相电流对两种技术结合,提出了一种中心馈电的近场均匀多环天线。通过四个双面带线馈电的弯曲四元印刷对数周期偶极子天线组成圆环阵列,易于获得宽频带阻抗匹配,并有效改善圆形区域均匀磁场分布。测试结果表明在799～971 MHz频率范围内|S|远场复合天线。将Moxon天线与蝶形偶极子天线结合,设计了一款小型化宽带高定向天线,实测结果表明在865～1054 MHz频带范围内天线的反射系数小于-10 dB;并且在902～928 MHz频率范围内,前后比大于15 dB,增益高于5 dBi。该天线体积小、成本低、易调谐,方便制造加工,应用前景广阔。将Moxon天线和准八木天线结合,设计了一款小型化双频平面复合天线。Moxon天线被设计在较低的频段进行工作,准八木天线则被设计在较高的工作频段。实测结果表明该天线在超高频902～928 MHz和开放的工业科学医疗频段2.4～2.4835 GHz内有优于5 dBi的中等增益和大于15 dB的前后比。该天线结构简单,易于制造,在阻抗匹配和辐射模式方面具有优异的性能。可以很轻松地调整到其他需要定向辐射和双波段操作的无线应用中。3、设计了一种用于射频识别应用的近远场复合天线,天线基于阿基米德螺旋天线结构,在2.45 GHz时人工磁导体反射结构反射相位为0,以此来降低天线的高度并实现远场辐射的能力。在螺旋臂末端加载100Ω接地电阻,工作在低频段时天线电流呈行波分布,因而近区有良好的磁场分布特性。对天线进行了加工和测试,在840～960 MHz内为近场工作模式,频段内的增益小于-2.5 dBic;当输入功率为30 dBm时,在天线上方20 cm×20 cm×5 cm内实现对标签100%的读取,最大可读取距离为11 cm。在2.4～2.4835 GHz内为远场工作模式,整个频段内|S|远场系统中。

关键词：射频识别近场远场复合天线

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基于遗传-拟牛顿混合算法的远场震源定位

河南理工大学学报（自然科学版） 2018年第2期37卷 109-115页

作者：李月陈卿丁恩杰程龙中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221008 中国矿业大学物联网研究中心江苏徐州221008 徐州工程学院数学与物理科学学院江苏徐州221008

在微震震源定位过程中,震源与检波器的相对位置对定位精度有较大影响。由于计算机计算的精度有限以及预置的速度误差,当震源位于远场时,定位精度会比较低。为了解决这个问题,在设定均匀介质的条件下,基于无需测速的震源定位模型,结合遗... 详细信息

在微震震源定位过程中,震源与检波器的相对位置对定位精度有较大影响。由于计算机计算的精度有限以及预置的速度误差,当震源位于远场时,定位精度会比较低。为了解决这个问题,在设定均匀介质的条件下,基于无需测速的震源定位模型,结合遗传算法全局优化及拟牛顿法的快速局部搜索能力,提出用遗传-拟牛顿混合算法震源进行定位。为了验证该混合算法的优势,用遗传-拟牛顿混合算法和简单遗传算法进行MATLAB仿真模拟对比,实验结果表明,使用该混合算法获得的震源定位速度更快、精度更高。

关键词：震源定位远场遗传-拟牛顿混合算法定位速度定位精度

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基于表面贡献法的船壳远场声辐射热区识别

舰船科学技术 2017年第7期39卷 34-38页

作者：刘正浩郑毅黎胜大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室运载工程与力学学部船舶工程学院辽宁大连116024 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200001 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

对舰船水下远场声场的声辐射热区进行识别可为后续降噪工作指明方向。舰船外壳表面振动的不同位置之间具有复杂相位关系,其近场声场和远场声场有很大不同,导致使用表面有功声强进行远场声辐射热区定位并不准确。本文尝试使用声能量表面... 详细信息

对舰船水下远场声场的声辐射热区进行识别可为后续降噪工作指明方向。舰船外壳表面振动的不同位置之间具有复杂相位关系,其近场声场和远场声场有很大不同,导致使用表面有功声强进行远场声辐射热区定位并不准确。本文尝试使用声能量表面贡献方法对某巡逻艇船壳表面的远场声辐射热区进行识别。表面贡献方法在振动结构表面构造了一个和位置相关的正值,表示对应小块面积对声场的绝对贡献。使用表面贡献方法,本文准确地标示出船壳表面的远场声辐射热区,这一尝试展现了表面贡献方法在舰船降噪中的应用前景。

关键词：声辐射远场表面贡献法热点声强