仿生光學技術與應用

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 仿生光學研究 1
1.2 仿生光學研究國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1 仿生復眼研究 1
1.2.2 仿生龍蝦眼光學研究 2
1.2.3 仿生蛾眼減反射微納結(jié)構研究 6
1.2.4 仿生蝦蛄眼研究 7
參考文獻 9
第2章 仿扇貝眼全景環(huán)帶光學系統(tǒng) 13
2.1 全景環(huán)帶光學系統(tǒng)介紹 13
2.2 全景環(huán)帶光學系統(tǒng)的特點與分析 14
2.2.1 全景環(huán)帶光學系統(tǒng)的基本光學性能 14
2.2.2 全景環(huán)帶光學系統(tǒng)的頭部單元基本形式 19
2.2.3 幾種全景環(huán)帶光學系統(tǒng)比較 22
2.3 雙通道全景環(huán)帶光學系統(tǒng)設計方法 28
2.3.1 雙通道全景環(huán)帶光學系統(tǒng)的設計原則 29
2.3.2 雙通道全景光學系統(tǒng)設計與分析 32
2.3.3 雙通道全景環(huán)帶光學系統(tǒng)面型的數(shù)學模型構建 38
2.3.4 evenogive面型的研究與討論 47
2.4 雙通道全景環(huán)帶光學系統(tǒng)雜散光研究 54
2.4.1 雙通道全景環(huán)帶系統(tǒng)雜散光的來源 54
2.4.2 全景環(huán)帶光學系統(tǒng)雜散光抑制模型 60
2.5 雙通道全景環(huán)帶光學系統(tǒng)模擬與仿真 69
2.5.1 雙通道全景環(huán)帶系統(tǒng)頭部單元初始設計 69
2.5.2 雙通道全景環(huán)帶系統(tǒng)中繼透鏡組初始設計 71
2.5.3 雙通道全景環(huán)帶光學系統(tǒng)的優(yōu)化以及設計結(jié)果 75
2.5.4 雙通道全景環(huán)帶光學系統(tǒng)性能分析 78
參考文獻 91
第3章 視場拼接復眼光學系統(tǒng) 93
3.1 復眼的結(jié)構及其工作原理 93
3.1.1 單眼雙目視覺系統(tǒng) 93
3.1.2 復眼及其分類 94
3.1.3 并列型復眼的光學特性及成像特性 99
3.1.4 子眼系統(tǒng)的縮放 100
3.2 仿生復眼光學系統(tǒng)視場拼接的理論 101
3.2.1 視場拼接概念及其分類 102
3.2.2 仿生復眼光學系統(tǒng)的視場拼接方法 103
3.3 視場拼接復眼光學系統(tǒng)光學設計 108
3.3.1 系統(tǒng)技術參數(shù)及設計方案 108
3.3.2 視場拼接復眼光學系統(tǒng)光學設計 110
3.4 視場拼接復眼光學系統(tǒng)實驗及結(jié)果分析 117
3.4.1 原理樣機系統(tǒng)的加工制造 117
3.4.2 復眼光學系統(tǒng)的裝調(diào)方法研究 119
3.4.3 復眼光學系統(tǒng)成像實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析 122
參考文獻 123
第4章 仿生龍蝦眼透鏡關鍵技術 125
4.1 X 射線聚焦成像原理 125
4.1.1 K-B 鏡聚焦模型分析 125
4.1.2 Wolter 型聚焦結(jié)構分析 127
4.1.3 毛細管聚焦透鏡分析 128
4.1.4 龍蝦眼透鏡成像機理分析 130
4.2 龍蝦眼透鏡能量模型分析 135
4.2.1 龍蝦眼透鏡光路計算模型 135
4.2.2 X 射線全反射與反射率分析 140
4.2.3 建立龍蝦眼透鏡能量模型 143
4.2.4 龍蝦眼透鏡結(jié)構參數(shù)優(yōu)化分析 147
4.2.5 龍蝦眼透鏡結(jié)構參數(shù)優(yōu)化程序 156
4.3 反射表面微變形的改進型龍蝦眼透鏡 157
4.3.1 子午方向微整形結(jié)構設計及衍射分析 157
4.3.2 不同入射高度衍射光場分析 159
4.3.3 軸外視場分析 160
4.3.4 衍射效率及整體一維結(jié)構仿真分析 161
參考文獻 163
第5章 仿生蛾眼減反射微納結(jié)構 164
5.1 亞波長微納結(jié)構衍射光學分析法 164
5.1.1 亞波長微納結(jié)構的模擬方法概述 164
5.1.2 RCWA 166
5.2 蛾眼微納結(jié)構參數(shù)與性能關系 175
5.2.1 高級次衍射波倏逝條件 176
5.2.2 一維光柵偏振效應分析 178
5.2.3 二維亞波長微納結(jié)構的偏振特性 189
5.3 單波段仿生蛾眼微納結(jié)構 191
5.3.1 圓柱形抗反射微納結(jié)構 191
5.3.2 圓孔形抗反射微納結(jié)構 207
5.3.3 圓錐形抗反射微納結(jié)構 210
5.3.4 拋物面形抗反射微納結(jié)構 214
5.3.5 高斯面形抗反射微納結(jié)構 217
5.4 復合波段寬角度蛾眼減反射結(jié)構 220
5.4.1 硅基底近紅外和中紅外寬角度蛾眼結(jié)構 221
5.4.2 ZnS 基底可見光、近紅外、中紅外寬角度蛾眼結(jié)構仿真優(yōu)化 229
5.5 復合周期與混合結(jié)構的蛾眼 237
5.5.1 單一周期圓錐臺結(jié)構的特性 237
5.5.2 多級式復合結(jié)構的特性研究 239
5.5.3 嵌套式復合周期混合結(jié)構的特性研究 244
5.6 蛾眼減反結(jié)構的制備 252
5.6.1 激光干涉光刻掩模制備工藝 253
5.6.2 復合波段寬角度蛾眼結(jié)構的制備與檢測 269
5.6.3 蛾眼結(jié)構力學性能測試分析 272
5.6.4 復合周期混合結(jié)構超表面的制作工藝及檢測 278
參考文獻 294
第6章 仿生蝦蛄眼偏振成像機理研究 298
6.1 蝦蛄眼偏振光譜機理研究 298
6.1.1 蝦蛄眼形態(tài)學剖析 298
6.1.2 蝦蛄眼偏振光譜功能解析 303
6.1.3 蝦蛄軀體反射光偏振信號 311
6.2 仿生偏振光譜濾波結(jié)構 313
6.2.1 仿生濾波結(jié)構 314
6.2.2 矩孔光子晶體濾波結(jié)構 317
6.2.3 不同孔形狀的孔陣列光子晶體分析 325
6.2.4 孔陣列光子晶體傾斜入射濾波特性 336
6.3 仿生偏振光譜吸收結(jié)構 340
6.3.1 雙層納米線柵偏振探測集成結(jié)構 340
6.3.2 硅納米線柵藍光偏振吸收結(jié)構 353
6.3.3 硅納米閃耀光柵光譜偏振吸收結(jié)構 365
6.4 仿生雙向偏振吸收結(jié)構 375
6.4.1 正交微絨毛結(jié)構仿生 376
6.4.2 納米線柵形狀分析 388
6.4.3 仿生蝦蛄眼雙向偏振吸收結(jié)構 390
參考文獻 397