仿生光学技术与应用

本书主要介绍仿生光学技术——源于动物眼睛特殊光学性质而发展出来的一系列现代光学技术。本书内容基于作者多年在仿生光学领域的研究成果，包括仿生蛾眼光学超表面、仿生龙虾眼光学系统、仿生复眼光学系统以及仿生虾蛄眼偏振系统等领域，同时汇总了该研究方向的近期新研究进展及相关应用情况。本书适合作为光电信息科学与工程、光学工程等专业的本科生、研究生的扩展阅读材料，以及相关领域科研人员的参考资料。

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
2.3.4evenogive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
4.1X射线聚焦成像原理125
4.1.1K-B镜聚焦模型分析125
4.1.2Wolter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
4.2.2X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
5.1.2RCWA166
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
5.4.2ZnS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