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掺银缺陷负折射光子晶体三平板组探测系统技术方案

技术编号:11380135 阅读:60 留言:0更新日期:2015-05-01 01:08
本发明专利技术公开一种掺银缺陷负折射光子晶体三平板组探测系统,包括上、中、下三块平行的有掺银缺陷杂质的平板透镜,上、下平板透镜上的掺银缺陷均是以中心轴Y左右对称、以中心轴X上下对称,均是最上一排以中心轴Y为界,分别沿中心轴X的左、右方向排列的第7个空气孔为掺银缺陷,从最上一排空气孔依次地向下各排空气孔中,依次地在左、右方向再向外错位一个空气孔为掺银缺陷,直至中心轴X所在这一排空气孔为止;中间平板透镜上的掺银缺陷以中心轴Y左右对称,最上一排以中心轴Y为界,分别沿中心轴X的左、右方向排列的第5个空气孔为掺银缺陷,从上至下的各排空气孔中,左、右依次往外错位一个空气孔为掺银缺陷,提高了系统的再聚焦分辨率。

【技术实现步骤摘要】
掺银缺陷负折射光子晶体三平板组探测系统
本专利技术属于光学
,更准确地说,涉及一种利用光子晶体平板的负折射效应制作超透镜的光学技术。
技术介绍
传统的成像器件——透镜,主要是依靠其表面的曲率来使光学系统成像,普通透镜的分辨率不能达到光波长级别(可见光波波长范围是390nm-780nm);梯度折射率透镜是由折射率沿径向呈抛物线分布的圆柱状介质构成的,能起到聚(散)光或成像两种作用,它具有聚焦光斑直径很小及分辨率高的特点,因而被广泛应用于光纤耦合、分光、分波、光开关、复印机小型化、激光光盘放录等。左手材料(LHM)在近场目标探测及成像上已得到了特别关注,具有平坦表面的负折射率左手材料平板透镜亦被提出用作聚焦透镜。理论分析及数值模拟表明由左手材料制作的透镜相比传统的成像器件可突破衍射极限的聚焦分辨率,且具有较高的图像分辨率。文献WangG,FangJR,DongXT.RefocusingofbackscatteredmicrowavesintargetdetectionbyusingLHMflatlens.OptExpr,2007,15(6):3312D3317,以及文献WangG,FangJR,DongXT.ResolutionofNear-fieldmicrowavetargetdetectionandimagingbyusingflatLHMlens.IEEETransAntennasPropog,2007,55(12):3534D3541,公开的是利用单个无掺银缺陷的负折射光子晶体透镜应用在微波探测中的技术,能更好地提高再聚焦分辨率,其对直径D=1/6(等于)的圆形PEC(完美电导体)目标(即待探测目标)再聚焦分辨率为0.257。中国专利申请号为201310544501.1、名称为“采用双平板负折射二维光子晶体组成的探测系统”公开一种具体结构包括光源、探测器、上平板和下平板的探测系统,其中上平板和下平板相互平行,两平板均为二维光子晶体负折射率材料构成,通过在GaAs介质基底刻蚀三角晶格排列的圆柱型空气孔制成。掺入少数几个缺陷,比单个无缺陷的负折射光子晶体透镜进一步提高了再聚焦分辨率,再聚焦分辨率达到0.165(等于),但其在Y轴向上的纵向探测距离小,再聚焦分辨率仍然小。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了进一步加大透镜系统的纵向探测距离和进一步提高再聚焦分辨率,提出一种掺银缺陷负折射光子晶体三平板组探测系统。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案是:本专利技术包括位置重合的光源和探测器,在光源和探测器上方置放上、中、下三块平行的、由空气隔离的、有掺银缺陷杂质的等效负折射光子晶体平板透镜,每块平板透镜均是由在GaAs介质基底刻蚀呈三角排列的圆柱型空气孔构成;上、下平板透镜上的掺银缺陷的排列结构相同,均是以中心轴Y左右对称、以中心轴X上下对称,均是最上一排以中心轴Y为界,分别沿中心轴X的左、右方向排列的第7个空气孔为掺银缺陷,从最上一排空气孔依次地向下各排空气孔中,依次地在左、右方向再向外错位一个空气孔为掺银缺陷,直至中心轴X所在的这一排空气孔为止;中间平板透镜上的掺银缺陷以中心轴Y左右对称,最上一排以中心轴Y为界,分别沿中心轴X的左、右方向排列的第5个空气孔为掺银缺陷,从上至下的各排空气孔中,左、右依次往外错位一个空气孔为掺银缺陷。本专利技术采用上述技术方案后具有的有益效果是:1、本专利技术根据掺入金属离子缺陷、光子禁带中会出现品质因子非常高的杂质态、还可以实现自发辐射增强的原理,采用由三块平行的NR-PC(NegativeRefractive-PhotonicCrystal,等效负折射光子晶体)平板透镜组成探测成像系统,在负折射光子晶体中掺入金属银(Ag)缺陷杂质,调节掺杂的位置、结构,进一步提高了系统的再聚焦分辨率,从而对微细结构可实现“完美成像”,实现最优的组合。2、本专利技术采用三块板进一步加大透镜系统的纵向探测距离,提高光波在平板的透射率,补偿在空气与NR-PC平板接触面发生的多重反射和折射所导致的电磁波损耗。由于微禁带和共振激发效应,光波在经过NR-PC平板后,在共振频率处会出现很强的光波透射峰,光场的所有成分(传输波和倏逝波)都可以无损失地参与成像,因而可以突破衍射极限实现亚聚焦分辨成像,极大地提高目标后向散射波的再聚焦横向扫描分辨率和图像分辨率。3、有缺陷的光子晶体体系具有对波场能量局域化的特性,可实现较强的受激辐射放大,吸收损耗则可通过共振隧穿效应而得到有效降低。本专利技术中掺杂金属缺陷光子晶体结构可以增加透射的现象,同时,由于NR-PC平板透镜可以像普通透镜一样对波场进行聚焦放大,上述效应进一步弥补了光在光子晶体中的传播的损耗一层掺杂时,只出现了一个中心缺陷模。双层掺杂和三层掺杂时除了都出现中心缺陷模外,还在中心缺陷模的两侧出现了两个对称缺陷模。中心缺陷模的半高宽随掺杂层数的增加而减小;对称缺陷模的峰高和半高宽都随掺杂层数的增加而减小;对称缺陷模的位置随掺杂层数的增加而向中心缺陷模移动。因此,掺入适当的金属银缺陷,再优化组合的NR-PC三平板透镜组极大地提高了被测目标的横向分辨率和距离。同时,通过多次调节掺银缺陷的位置分布和晶格结构的仿真实验比较得出:扁六边形状、梯形状分布情况下,能够达到最佳的分辨率。4、本专利技术分辨率达到0.16472,与三板不掺银缺陷(再聚焦分辨率:0.3612)相比,再聚焦分辨率提高了0.19648。与
技术介绍
中的两份文献所公开的利用LHM平板透镜对相同大小目标进行动态扫描探测得到的再聚焦分辨率(再聚焦分辨率:0.257)相比提高了0.09228,与单板无掺银缺陷(再聚焦分辨率:0.2564)相比提高了0.09168。说明在NR-PC三平板透镜组中掺入金属银缺陷并通过不同的组合,能够达到最佳的分辨率,明显提高对目标的扫描本领和距离,同时比单板掺银缺陷结构相比也有所提高,从而优化了探测成像系统的性能。附图说明图1为本专利技术所述掺银缺陷负折射光子晶体三平板组探测系统的结构示意图;图中:1.基底结构;2.掺银缺陷;3.探测目标;4.光源;5.探测器。具体实施方式参见图1,本专利技术整个探测系统由光源4、探测器5以及上、中、下三块平行的掺银缺陷杂质的NR-PC(等效负折射光子晶体)平板透镜组成,三块平板透镜组成了光子晶体三平板透镜组。三平板透镜之间由空气隔离,相邻两块平板透镜之间的空气隔离距离相同,均是d。其中,上、下平板透镜A、C的银缺陷排列结构相同,位于上、下两块平板透镜A、C之间的中间平板透镜B结构稍有不同。以图1的结构为一个周期单元,将光子晶体三平板透镜组向x方向(长度方向)左右任意延长,组成一个探测成像系统。探测目标3的目标直径为D=1/6,放置于距离上平板透镜A的上表面2μm处。光源4位于下平板透镜C的下方,光源4发射的光波中心频率为0.3068(a/),放置在距离下平板透镜C的下表面3.5μm处,探测器5与光源4位置重合,探测器5与下平板透镜C的下表面之间的垂直距离也是3.5μm。每块平板透镜A、B、C的基底结构1,均是在GaAs介质基底刻蚀呈三角排列的圆柱型空气孔构成,空气孔在GaAs介质基底下的排列为Y方向(宽度方向)7排,X方向取30列,如图1所示。其中,GaAs介本文档来自技高网
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掺银缺陷负折射光子晶体三平板组探测系统

【技术保护点】
一种掺银缺陷负折射光子晶体三平板组探测系统,包括位置重合的光源和探测器,其特征是:在光源和探测器上方置放上、中、下三块平行的、由空气隔离的、有掺银缺陷杂质的等效负折射光子晶体平板透镜,每块平板透镜均是由在GaAs介质基底刻蚀呈三角排列的圆柱型空气孔构成;上、下平板透镜上的掺银缺陷的排列结构相同,均是以中心轴Y左右对称、以中心轴X上下对称,均是最上一排以中心轴Y为界,分别沿中心轴X的左、右方向排列的第7个空气孔为掺银缺陷,从最上一排空气孔依次地向下各排空气孔中,依次地在左、右方向再向外错位一个空气孔为掺银缺陷, 直至中心轴X所在的这一排空气孔为止;中间平板透镜上的掺银缺陷以中心轴Y左右对称,最上一排以中心轴Y为界,分别沿中心轴X的左、右方向排列的第5个空气孔为掺银缺陷,从上至下的各排空气孔中,左、右依次往外错位一个空气孔为掺银缺陷。

【技术特征摘要】
1.一种掺银缺陷负折射光子晶体三平板组探测系统,包括位置重合的光源和探测器,其特征是:在光源和探测器上方置放上、中、下三块平行的、由空气隔离的、有掺银缺陷杂质的等效负折射光子晶体平板透镜,每块平板透镜均是由在GaAs介质基底刻蚀呈三角排列的圆柱型空气孔构成;上、下平板透镜上的掺银缺陷的排列结构相同,均是以中心轴Y左右对称、以中心轴X上下对称,均是最上一排以中心轴Y为界,分别沿中心轴X的左、右方向排列的第7个空气孔为掺银缺陷,从最上一排空气孔依次地向下各排空气孔中,依次地在左、右方向再向外错位一个空气孔为掺银缺陷,直至中心轴X所在的这一排空气孔为止;中间平板透镜上的掺银缺陷以中心轴Y左右对称,最上一排以中心轴Y为界,分别沿中心轴X的左、右方向排列的第5个空气孔为掺银缺陷,从上至下的各排空气孔中,左、右依次往外...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱娜廉颖霏陈诚李媛媛
申请(专利权)人:江苏大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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