亞波長光柵光學 [Subwavelength Grating Optics] 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《亞波長光柵光學》運用嚴格耦閤波法詳細分析光柵的理論與算法，並給齣瞭模態法、傳輸矩陣法、有效介質理論、LC電路模型分析法等多種光柵分析與設計的方法，據此分析瞭亞波長及共振域光柵的衍射特性、偏振特性、分束特性、閃耀特性、電磁增強特性及錶麵等離子效應等光柵的特性及相關應用，同時還簡要介紹瞭光柵的製造與檢定方法。
　　《亞波長光柵光學》對共振域及亞波長光柵的研究、設計、製作和應用具有一定的參考價值。
　　《亞波長光柵光學》可作為高等學校光學工程、光電信息工程、微電子技術、電子信息科學與技術等相關專業本科高年級學生及碩士研究生的學位課教材和相關選修課教材，並可供從事光學、光電子、微電子、微光機電係統等領域專業技術人員參考。

作者簡介

　　趙華君（1974-），男，漢族。教授，重慶永川人，畢業於四川大學電子信息學院，中國光學學會會員，中國光學學會光電專委會委員，現就職於重慶文理學院，主要從事微納米光學研究與相關教學工作。先後在Applied Optics、EIJrophysics Letters （EPL）、Optics&Laser; Tecllrlology、OPTIK、Chinese Physic B、Chinese Physic Letter、Chinese Optics Letter、物理學報、光學學報、中國激光、量子電子學報等國內外期刊上發錶論文近60篇，其中SCI／EI收錄30餘篇；獲國傢發明專利4項，軟件著作權6項；獲重慶市自然科學三等奬與重慶市教學成果三等奬各1項。

內頁插圖

目錄

第1章 導論
1．1 光柵分類與特性
1．2 衍射光柵
1．3 光柵衍射特性
1．4 亞波長光柵的研究進展

第2章 光柵衍射理論與計算方法
2．1 光柵理論的發展曆史與現狀
2．2 嚴格矢量耦閤波理論
2．3 任意麵形光柵計算分析

第3章 光柵設計方法
3．1 模態法
3．2 傳輸矩陣法
3．3 有效介質理論及薄膜抗反射設計結閤方法
3．4 LC電路模型分析法

第4章 光柵型光電子器件設計
4．1 二元亞波長偏振光柵
4．2 亞波長偏振閃耀光柵
4．3 金屬-非綫性介質結構光學雙穩器
4．4 金屬-介質結構氣體傳感器
4．5 偏振調控全光開關

第5章 異質光波導SPP效應及傳輸特性
5．1 金屬-介質-金屬光波導
5．2 介質-金屬-介質光波導

第6章 介質隔層金屬光柵局域磁共振場增強特性
6．1 磁共振效應
6．2 磁共振局域場增強特性

第7章 光柵製作與檢測
7．1 光柵製作技術
7．2 光柵檢測

參考文獻

前言/序言

　　光柵的應用主要基於光柵的色散、分束、偏振及相位匹配四個基本性質。傳統的光柵其尺度通常遠大於入射光波長，隨著微納加工技術的不斷進步，目前已能夠加工尺度遠小於入射光波長的亞波長光柵。光柵周期尺度更小的亞波長及共振域光柵由於其優良的光學及電磁學特性，如偏振、分束、錶麵等離子體效應等，將發揮越來越大的作用。
　　目前，對亞波長及共振域光柵的相關研究已深入開展，相關理論已日漸成熟，部分相關研究成果已被廣泛運用。近幾十年來，我國曾齣版過不少關於光柵方麵的書籍，但多數介紹的是傳統的光柵，或通常偏重在光柵的某一方麵，目前尚沒有全麵介紹亞波長及共振域光柵方麵的專門書籍。編著一本內容新穎，反映當前光柵研究最新進展，並具有理論意義和工程背景的亞波長及共振域光柵方麵的專著就顯得尤為重要。本著作主要涵蓋亞波長及共振域光柵近年來的研究進展、相關理論與特性、計算分析與設計方法、典型器件設計示例、光柵製造與檢定等，該部分內容是近年來學科的研究熱點，屬於學科的基礎與前沿。

光學之微觀奇境：光與物質的精緻對話 自人類仰望星空、探索自然的那一刻起，光便以其神秘而迷人的力量，成為瞭無數智慧的追逐焦點。從古希臘哲學傢對光綫傳播的樸素猜想，到牛頓的粒子說和惠更斯的光波說，再到麥剋斯韋的電磁場理論和愛因斯坦的光電效應解釋，光學的發展史是一部波瀾壯闊的科學史詩。其中，對光與物質相互作用機製的深入理解，更是推動瞭從光學器件設計到信息技術革命的無數突破。 然而，當我們試圖觸及光的本質，觀察其在微觀尺度下的行為時，傳統的光學理論和技術便顯露齣其局限性。隨著科學技術的飛速發展，我們越來越渴望能夠精確控製光，使其在納米尺度上展現齣前所未有的特性。這正是“亞波長光柵光學”這一前沿領域所要揭示的奧秘。 本書並非簡單地羅列物理定律或器件參數，而是旨在帶領讀者踏上一場深入光與物質在亞波長尺度下相互作用的探索之旅。我們將聚焦於那些尺寸遠小於光波長的結構——亞波長光柵，並深入剖析它們如何以一種“非同尋常”的方式調控光。不同於宏觀的反射鏡或透鏡，亞波長光柵的奇異行為源於其精密的納米結構，這些結構能夠直接影響光的傳播模式、偏振狀態、相位分布甚至引發全新的光學現象。 第一部分：亞波長光柵的物理基礎與設計原理 我們將從光學的基本原理齣發，迴顧電磁波的傳播特性，並引入亞波長結構的定義及其重要性。書中將詳細闡述為何尺寸小於光波長的周期性結構能夠産生獨特的電磁響應。這裏，我們將避開過於數學化的推導，而是側重於清晰的物理圖像和直觀的理解。我們會探討如何通過改變亞波長光柵的幾何參數（如周期、占空比、柵條高度等）以及材料的介電常數，來精細地調控光的反射、透射、衍射以及吸收。 深入而言，我們將介紹常用的亞波長光柵設計方法，包括基於有效介質理論的初步近似，以及更精確的電磁場數值仿真技術，如嚴格耦閤波分析（RCWA）、有限時域差分法（FDTD）等。這些方法將幫助我們理解如何預測和設計具有特定光學功能的亞波長光柵。例如，如何設計一個亞波長光柵，使其在特定角度下幾乎完全反射光，而在另一角度下則允許光高效透過；或者如何利用亞波長結構實現光的偏振轉換，將綫偏振光轉化為圓偏振光，反之亦然。 第二部分：亞波長光柵的獨特光學效應與應用潛力 亞波長光柵之所以引人入勝，在於它所能實現的一係列令人驚嘆的光學效應。本書將詳細介紹這些效應，並探討其背後的物理機製。 負摺射率效應與超材料: 亞波長光柵的巧妙設計可以模擬齣具有負摺射率的材料，從而帶來諸如完美透鏡、隱身衣等科幻般的技術前景。我們將深入剖析負摺射率的産生條件，以及如何在亞波長尺度上構建此類結構。 錶麵等離激元共振: 當光與金屬納米結構相互作用時，會在其錶麵激發齣錶麵等離激元。亞波長光柵可以有效地控製和激發這些錶麵等離激元，從而實現局域場增強，這在錶麵增強拉曼光譜（SERS）、熒光增強等領域具有巨大的應用價值。 衍射效率的精確控製: 傳統的光柵衍射效率通常受限於其結構尺寸，而亞波長光柵則能夠打破這一限製，實現極高的衍射效率，甚至能夠將絕大部分光能量引導到特定的衍射級。我們將探討如何利用亞波長光柵實現高效的光束整形、光束分裂以及全息成像。 相位調控與全息器件: 亞波長光柵可以實現對光的相位進行精確的、空間可編程的調製。基於此，我們可以設計齣各種新穎的光學元件，例如液晶空間光調製器（SLM）的亞波長等效物，以及實現高分辨率、低像差的全息鏡頭。 偏振調控與寬譜偏振器件: 亞波長光柵在偏振調控方麵展現齣獨特的優勢，能夠實現高效的偏振轉換、偏振分束以及寬譜偏振控製。我們將介紹如何設計亞波長結構來實現特定功能的偏振光學器件。 第三部分：亞波長光柵的製造技術與發展趨勢 理論與實驗的結閤是推動科學進步的關鍵。本書還將對亞波長光柵的製造技術進行梳理和介紹。我們將探討當前主流的納米製造技術，如電子束光刻（EBL）、聚焦離子束（FIB）、納米壓印光刻（NIL）以及自組裝等方法，並分析它們在亞波長光柵製造中的優劣勢。 同時，我們將展望亞波長光柵光學領域的未來發展趨勢。例如，如何實現大規模、低成本的亞波長光柵製造；如何將亞波長光柵與新興材料（如二維材料、鈣鈦礦等）相結閤，拓展其功能；以及亞波長光柵在光通信、生物傳感、量子信息、能源收集等領域的潛在應用。 本書的閱讀體驗： 本書旨在為相關領域的科研人員、工程師以及對光學前沿技術充滿好奇的學生提供一個全麵而深入的視角。我們力求在概念清晰、物理直觀與嚴謹性之間取得平衡。書中將穿插大量的示意圖和原理圖，幫助讀者建立清晰的物理圖像。同時，也會引用一些經典的理論概念和實驗結果，但會盡量避免過於晦澀的數學公式。 我們希望通過本書，讀者能夠深刻理解亞波長光柵並非僅僅是微小的刻痕，而是能夠與光進行一場精緻的“對話”，從而激發我們設計和創造齣更加智能、高效的光學係統，推動人類在認知世界和改造世界的能力上邁齣新的步伐。本書是一扇窗，窗外是光學領域一個充滿無限可能性的微觀奇境。