仿生光学技术及应用

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 仿生光学研究 1
1.2 仿生光学研究国内外发展现状 1
1.2.1 仿生复眼研究 1
1.2.2 仿生龙虾眼光学研究 2
1.2.3 仿生蛾眼减反射微纳结构研究 6
1.2.4 仿生虾蛄眼研究 7
参考文献 9
第2章 仿扇贝眼全景环带光学系统 13
2.1 全景环带光学系统介绍 13
2.2 全景环带光学系统的特点与分析 14
2.2.1 全景环带光学系统的基本光学性能 14
2.2.2 全景环带光学系统的头部单元基本形式 19
2.2.3 几种全景环带光学系统比较 22
2.3 双通道全景环带光学系统设计方法 28
2.3.1 双通道全景环带光学系统的设计原则 29
2.3.2 双通道全景光学系统设计与分析 32
2.3.3 双通道全景环带光学系统面型的数学模型构建 38
2.3.4 evenogive面型的研究与讨论 47
2.4 双通道全景环带光学系统杂散光研究 54
2.4.1 双通道全景环带系统杂散光的来源 54
2.4.2 全景环带光学系统杂散光抑制模型 60
2.5 双通道全景环带光学系统模拟与仿真 69
2.5.1 双通道全景环带系统头部单元初始设计 69
2.5.2 双通道全景环带系统中继透镜组初始设计 71
2.5.3 双通道全景环带光学系统的优化以及设计结果 75
2.5.4 双通道全景环带光学系统性能分析 78
参考文献 91
第3章 视场拼接复眼光学系统 93
3.1 复眼的结构及其工作原理 93
3.1.1 单眼双目视觉系统 93
3.1.2 复眼及其分类 94
3.1.3 并列型复眼的光学特性及成像特性 99
3.1.4 子眼系统的缩放 100
3.2 仿生复眼光学系统视场拼接的理论 101
3.2.1 视场拼接概念及其分类 102
3.2.2 仿生复眼光学系统的视场拼接方法 103
3.3 视场拼接复眼光学系统光学设计 108
3.3.1 系统技术参数及设计方案 108
3.3.2 视场拼接复眼光学系统光学设计 110
3.4 视场拼接复眼光学系统实验及结果分析 117
3.4.1 原理样机系统的加工制造 117
3.4.2 复眼光学系统的装调方法研究 119
3.4.3 复眼光学系统成像实验结果及数据分析 122
参考文献 123
第4章 仿生龙虾眼透镜关键技术 125
4.1 X 射线聚焦成像原理 125
4.1.1 K-B 镜聚焦模型分析 125
4.1.2 Wolter 型聚焦结构分析 127
4.1.3 毛细管聚焦透镜分析 128
4.1.4 龙虾眼透镜成像机理分析 130
4.2 龙虾眼透镜能量模型分析 135
4.2.1 龙虾眼透镜光路计算模型 135
4.2.2 X 射线全反射与反射率分析 140
4.2.3 建立龙虾眼透镜能量模型 143
4.2.4 龙虾眼透镜结构参数优化分析 147
4.2.5 龙虾眼透镜结构参数优化程序 156
4.3 反射表面微变形的改进型龙虾眼透镜 157
4.3.1 子午方向微整形结构设计及衍射分析 157
4.3.2 不同入射高度衍射光场分析 159
4.3.3 轴外视场分析 160
4.3.4 衍射效率及整体一维结构仿真分析 161
参考文献 163
第5章 仿生蛾眼减反射微纳结构 164
5.1 亚波长微纳结构衍射光学分析法 164
5.1.1 亚波长微纳结构的模拟方法概述 164
5.1.2 RCWA 166
5.2 蛾眼微纳结构参数与性能关系 175
5.2.1 高级次衍射波倏逝条件 176
5.2.2 一维光栅偏振效应分析 178
5.2.3 二维亚波长微纳结构的偏振特性 189
5.3 单波段仿生蛾眼微纳结构 191
5.3.1 圆柱形抗反射微纳结构 191
5.3.2 圆孔形抗反射微纳结构 207
5.3.3 圆锥形抗反射微纳结构 210
5.3.4 抛物面形抗反射微纳结构 214
5.3.5 高斯面形抗反射微纳结构 217
5.4 复合波段宽角度蛾眼减反射结构 220
5.4.1 硅基底近红外和中红外宽角度蛾眼结构 221
5.4.2 ZnS 基底可见光、近红外、中红外宽角度蛾眼结构仿真优化 229
5.5 复合周期与混合结构的蛾眼 237
5.5.1 单一周期圆锥台结构的特性 237
5.5.2 多级式复合结构的特性研究 239
5.5.3 嵌套式复合周期混合结构的特性研究 244
5.6 蛾眼减反结构的制备 252
5.6.1 激光干涉光刻掩模制备工艺 253
5.6.2 复合波段宽角度蛾眼结构的制备与检测 269
5.6.3 蛾眼结构力学性能测试分析 272
5.6.4 复合周期混合结构超表面的制作工艺及检测 278
参考文献 294
第6章 仿生虾蛄眼偏振成像机理研究 298
6.1 虾蛄眼偏振光谱机理研究 298
6.1.1 虾蛄眼形态学剖析 298
6.1.2 虾蛄眼偏振光谱功能解析 303
6.1.3 虾蛄躯体反射光偏振信号 311
6.2 仿生偏振光谱滤波结构 313
6.2.1 仿生滤波结构 314
6.2.2 矩孔光子晶体滤波结构 317
6.2.3 不同孔形状的孔阵列光子晶体分析 325
6.2.4 孔阵列光子晶体倾斜入射滤波特性 336
6.3 仿生偏振光谱吸收结构 340
6.3.1 双层纳米线栅偏振探测集成结构 340
6.3.2 硅纳米线栅蓝光偏振吸收结构 353
6.3.3 硅纳米闪耀光栅光谱偏振吸收结构 365
6.4 仿生双向偏振吸收结构 375
6.4.1 正交微绒毛结构仿生 376
6.4.2 纳米线栅形状分析 388
6.4.3 仿生虾蛄眼双向偏振吸收结构 390
参考文献 397