亚波长光子筛色散性能研究及仿生学应用初探

This project aims to study the dispersion property of sub-wavelength photon sieve by means of theoretical analysis, numerical simulation and experimental　verification. Firstly, we will establish a dispersion model of sub-wavelength photon sieve, find out the influence factors and the influence rules on dispersion property, and propose an approach for dispersion compensation. Then, an experimental system will be set up for testing the dispersion property, a grating phase detection method will be proposed to solve the problems caused by small focal,short depth of focus,difficult testing of the sub-wavelength photon sieve. Finally, the numerical simulation results will be compared with the experimental results for verifying the effectiveness of the proposed physical model, which will be further improved to form a good theoretical and experimental basis for its practical applications in the field of the wide-spectrum imaging,such as bionics,etc.

本项目拟采用理论分析、数值模拟及实验验证相结合的方法，对亚波长光子筛的色散性能进行研究。首先，建立亚波长光子筛的色散模型，探索影响色散性能的因素及规律，提出色散补偿措施。其次，搭建光子筛性能检测实验系统，提出一种光栅位相检测方法，解决亚波长光子筛焦距小、焦深短、不易检测的难题，对其色散性能进行科学测试与表征。最后，将理论分析与实验研究进行对比分析，验证模型合理性，不断完善模型，为其在仿生学等宽光谱成像领域的实用打下良好的理论和实验基础。

本项目利用理论分析、数值模拟及实验验证相结合的方法对亚波长光子筛的色散性能进行了系统深入的研究，并对其在宽光谱成像领域的应用进行了初步探索，取得了一系列研究成果。.首先，提出了一种亚波长光子筛与混合复消色差透镜组相结合的色散补偿方案，并对其结构参数进行了优化设计。数值模拟结果表明，该补偿方案不仅能校正F光、C光，还能校正D光；有效成像光谱宽度达到±20nm；具有良好的二级光谱校正能力，移焦量最大值仅为3.5μm。.其次，搭建了实验测试系统，采用“光栅莫尔条纹相位探测技术”和“微接触传感器+压电陶瓷”混合技术，解决了实验中遇到的关键问题，并对亚波长光子筛的性能进行了测试。实验结果表明，实际测试值与理论设计值非常接近，光斑尺寸的相对误差约为4.16%，焦距的相对误差仅为2.33%。.最后，提出了单波长光子筛复眼和多波长光子筛复眼结构，并对其结构参数进行了优化设计。数值模拟结果表明，与单个光子筛相比，单波长光子筛复眼拓宽了感光范围，提高了能量利用率。与单波长光子筛复眼相比，多波长光子筛复眼的成像光谱范围更宽，但能量利用率有所下降，且制作工艺更复杂。.上述研究成果，为亚波长光子筛在宽光谱成像领域的应用，尤其是在仿生学领域中的实际应用奠定了良好的理论基础。