高斯光束经衍射光栅的滤波特性研究

为了分析高斯光束经衍射光栅后的衍射特性,采用标量衍射理论推导出单色高斯光束的夫琅禾费衍射公式,在此基础上采用高斯光束耦合理论研究了复色高斯光束在衍射光栅的分光作用下的滤波特性,并与平行平面光束通过衍射光栅的分光特性进行了比较。结果表明,单色高斯光束在能量分布上与因子T相关,并且复色光束的滤波带宽会收窄。这为设计和优化高性能光滤波器提供了理论参考。     

高斯光束聚焦特性的深入研究

本文讨论了高斯光束的焦点移动以及焦点附近的光强度分布特性。计算了聚焦高斯光束焦斑位置、焦斑尺寸、焦点移动及焦点处强度分布特性随入射高斯光束参数的变化并得到了一系列理论特性     

一维会聚非傍轴高斯光束焦线附近的光场特性

傍轴近似常被用于光束传输理论的表达,数值计算常被用于非傍轴光束的传输特性分析。为了使一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性更加简明,本文基于倾斜因子由观察方倾斜角余弦平方根表达的非傍轴衍射积分公式,给出了符合行波场辐射能守恒定律的一维会聚非傍轴高斯光束的焦平面光场分布表达,同时给出了焦点附近一维会聚非傍轴高斯光束的轴上点光强和相位特性表达。当一维会聚非傍轴高斯光束的最大倾斜角远大于高斯光束的远场发散角时,合理的观察方倾斜因子可将高斯光束传输特性从傍轴领域延拓到非傍轴领域。本文阐明了一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性,并验证了用观察方倾斜角余弦平方根表达观察方倾斜因子的合理性。     

超短脉冲高斯光束经聚焦透镜的光场形式

考虑到激光腔模中光腰的频率依赖性 ,得到了超短脉冲高斯光束经消色差透镜聚焦后光场的解析形式 ,并讨论了此时透镜群速度色散对光束聚焦性质的影响。分析了单透镜色差和群速度色散对超短脉冲高斯光束聚焦的时间分布及脉冲波面的影响 ;比较了消色差透镜及单透镜中脉冲初始光腰尺寸对聚焦的影响。     

椭圆高斯光束的准直

本文根据椭圆高斯光束的传输特性,推导了椭圆高斯光束经光学系统后其远场发散角的表达式;分析了椭圆高斯光束的准直的特点;给出了使其准直效果最佳时光学系统的放置位置;并与圆高斯光束进行了比较。     

高阶椭圆高斯光束及其传输特性

采用张量方法定义了高阶椭圆高斯光束。偶数阶椭圆高斯光束可展开成厄密-高斯光束的相干叠加形式；奇数阶椭圆高斯光束可展开成厄密-高斯光束的非相干叠加形式。通过矢量积分导出了高阶椭圆光束经过非轴对称光学系统的传输公式。这个公式在零阶情况下可退化为椭圆高斯光束的传输公式。在一维情况下可退化为厄米-高斯光束经过轴对称光学系统的传输公式，进而计算了高阶椭圆光束在自由空间中的传输特性。结果表明，高阶椭圆光束的传输性不同于厄密-高斯光束和拉盖尔-高斯光束，其光强分布在传输过程中会发生旋转。     

厄米-高斯光束在饱和非线性介质中的传输特性

为了研究厄米-高斯光束在光折变饱和非线性介质中的传输特性,采用有限差分方法数值求解了光波演化方程,理论分析了厄米-高斯光束的传输特性。结果表明,1维1阶、2阶和3阶厄米-高斯光束在光折变非线性介质中传输时,在合适的非线性条件下,均可以形成呼吸模式的孤子;随着非线性的加大,厄米-高斯光束的光场分量之间的相互分离趋势将逐渐变弱,同时,每个光场分量的振幅起伏效应会更加明显;改变厄米-高斯光束的入射位置、入射角度对其传输特性没有影响;2维厄米-高斯光束的传输特性和1维情况是类似的。厄米-高斯光束的这些特性在光开关领域有一定的应用前景。     

部分相干cosh-Gaussian光束通过大气湍流后的聚焦特性

为了研究部分相干双曲余弦高斯光束通过大气湍流中传输后的聚焦特性,采用了ABCD矩阵光学的方法进行分析研究,取得了光强分布、束腰半径以及桶中功率的解析式,并用于描述部分相干双曲余弦高斯光束通过大气湍流的聚焦特性。结果表明,在不同湍流强度下,部分相干双曲余弦高斯光束和双曲余弦高斯光束在经过大气湍流后有不同的聚焦特性;使用桶中功率和束腰半径作为评价参量,大气湍流对完全相干双曲余弦高斯的影响更严重;大气湍流对聚焦部分相干双曲余弦高斯光束的影响要大于准直光束。该结果对部分相干光束聚焦特性的研究有一定的理论指导意义,对合成光束傍轴聚焦系统的设计有工程指导意义。     

平顶高斯光束在失调光学系统中的传输特性

为了研究平顶高斯光束经含失调窄缝光阑的失调光学系统的传输特性,采用广义衍射积分法和用有限个复高斯函数之和来逼近窄缝光阑孔径函数的方法,得出了输出光束场分布的近似解析公式,并针对给定的光学系统和平顶高斯光束进行了分析和数值模拟。结果表明,当光阑半宽度与光束束腰半宽度之比较大时(大于1),光学系统的失调量比光阑的失调量对输出光束特性影响更显著。这一结果对分析平顶高斯光束传输特性是有帮助的。     

水下激光光束空间分布特性的实验研究

对高斯光束在不同水体中的传输特性进行了初步实验研究,分析了水体衰减系数对传输特性的影响。实验结果显示,高斯光束在水中不同传输距离处横截面上的光强径向分布仍然可以用高斯函数来描述;高斯光束在水中的光斑半径大于在空气中的,而且水体衰减系数越大,光斑半径扩展得越大;高斯光束在水中的光斑中心光强比空气中的衰减得严重,而且水体衰减系数越大,衰减得越快;高斯光束在大约2～3个衰减长度处光斑光强近似均匀分布。     

光学系统基于质心的色差矫正

在成像光学系统的设计过程中必须对其垂轴色差进行校正.在一束特定成像光束所形成的弥散斑上,作色差计算的光斑中心不是主光线与像面的交点,而应该是弥散斑中所有光线交点的"重心"所在,也就是所谓的质心,它是由被追迹的光线的分布和数量决定的.本文介绍了如何基于质心计算垂轴色差,提供了在ZEMAX中编写的计算参考波长质心坐标的宏程序,有助于设计结果与实际情况的进一步吻合.     

聚焦偏转复合系统像差分析及应用

介绍了以DX-3扫描电镜为基础，利用SDS-2电子束扫描系统改装其偏转系统。并给出了磁聚焦和静电的偏转场相复合情况下竖轴点源的三级几何像差系数和一级色差系数公式。应用中表明，复合系统结构简单紧凑，像差小而可以不用动态校正。     

透射电子显微镜单色器的发展及应用

自1932年透射电子显微镜发明以来,透射电子显微学在基础理论、仪器研制及其在材料科学、生命科学等领域的应用得到了迅速发展,200kV场发射枪透射电子显微镜的点分辨率已达0.19～0.25nm,能量分辨率为0.7～1.0eV。进一步提高透射电子显微镜性能的关键在于降低物镜球差和电子束能量扩散等。球差校正器的发明使透射电镜的点分辨率已突破0.1nm,电子源色差已成为进一步提高电子显微镜信息分辨极限和电子能量损失谱能量分辨率的瓶颈。在场发射枪透射电子显微镜上增加单色器（能量过滤器）可有效降低电子束的能量色散,减小色差对电子显微镜性能的影响。本文介绍了Wien型、Ω型及Mandoline型等几种常见的能量过滤器的工作原理、结构、性能及其应用。     

扫描电子束曝光机复合物镜的研究与设计

在综合研究已有的各种复合物镜(如移动物镜、变轴物镜和摆动物镜等)的基础上,本文对复合物镜的一般理论进行了探讨,推导了普遍化计算公式,并提出新的复合物镜(弯曲物镜)系统。采用解析函数近似表示系统场分布,对弯曲物镜系统象差进行了理论分析,并设计出一个实际系统。数值计算结果给出该系统在55mm2扫描场内,束孔径角5mrad和能散2.5eV下,最大彗差0.005m,横向色差0.001m。     

Influence of axial chromatic aberration in projection printing

The computer simulation program SAMPLE is used to study the effects of longitudinal chromatic aberration on the resolution of projection mask aligners for microelectronics. It is shown that source spectral characteristics, filter bandwidth, and lens parameters all play a significant role in limiting image contrast in both single- and two-wavelength systems. Techniques for estimating the loss of image contrast as a function of lens and illumination parameters as well as examples including resist sensitivity and filter characteristics are given. For single-wavelength systems, appropriate filtering can make the effect of dispersion negligible usually at a slight cost of intensity available for exposure. However, in the case of two-wavelength systems, chromatic aberration can lead to a significant reduction in contrast below the diffraction-limited value. The loss in contrast can, however, be minimized by designing the lens for minimum chromatic slope at the two operating lines and by choosing a source with minimum spectral line bandwidth and minimum continuum between the two spectral lines or by using notch filtering.     

多波段共孔径光学成像系统的几种实现途径（特约）

借助微分方法,提出光学系统内的消波段间色差和波段内色差条件,建立了扩展的复消色差理论,通过对比各自波段和全波段的折射率-色差系数,进行材料配对,并迭代优化校正各类像差。由此介绍了几种多波段共孔径光学系统的实现途径和具体设计实例,包括:透射式结构的宽波段及多波段成像物镜光学系统;透射式结构的中波/近红外二次成像变焦系统;透射式结构的中/长波红外二次成像变焦系统;通过反求工程（Reverse Engineering）设计了AN/AAQ-33“狙击手XR”吊舱采用的中波/近红外共孔径透射式前置望远系统主光路;AN/ASQ-228 ATFLIR吊舱采用的共孔径离轴三反射式消像散前置望远系统主光路;AN/AAS-52 MTS-B吊舱采用的同轴偏视场三反前置望远系统主光路;EKV采用的同轴四反二次成像系统;拓展介绍了采用同轴折反式前置望远+后置成像结构的光路结构,包括同轴折反式中波/短波/近红外和长/中/短波红外望远系统+后置分光成像系统的设计;以及一些典型弹载光学系统共孔径或共光路的设计。     

色差对猫眼系统回波影响的理论与实验

利用光学窗口"猫眼效应"进行的激光主动探测易受探测激光波长的影响.建立透射式光学系统猫眼效应的色差理论模型,分析了由探测激光波长与透射式猫眼系统工作波段不匹配所产生的色差对激光主动探测的影响,并设计实验对理论分析结果进行验证.结果表明:由探测激光波长与透射式猫眼系统工作波段不匹配产生的色差,使猫眼系统的焦点发生偏移,导...     

LED显示屏的色度均匀性和色保真度

全彩色LED显示屏的均匀性包括亮度均匀性和色度均匀性两个方面。均匀性不好，显示屏就会出现”花斑”或”马赛克”，严重影响图像的观看效果。其中色均匀性包括均匀性和色保真度两个方面。色均匀性是指同屏各个象素、模块和模组之间显示同一种颜色时的色差：色保真度则是指显示屏上的图像与源图像或源景物之间的色重现的吻合程度。这两个问题都涉及到LED色差的原因和计量，为了提高色均匀性和色保真度，必须减少色差，为此研究了进行色修正和补偿的方法。     

扩束型光纤连接器损耗机理研究

介绍了扩束型光纤连接器的基本原理,定量分析了它的损耗机理,即包括可变损耗和固定损耗。可变损耗主要是由于系统各单元之间的对准误差引起的,包括径向偏移损耗、纵向偏移损耗以及轴向倾角损耗,其中影响最大的是径向偏移损耗;其次是轴向倾角损耗、固定损耗、纵向偏移损耗。固定损耗是由系统自身所用材料、表面处理决定的,包括菲涅耳损耗、球差损耗、衍射损耗、色散损耗、吸收损耗等。给出了降低损耗的有效方法。     

超连续谱激光光束质量评价及提升方法

针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手：一种是将光束的强度调整成为近高斯分布,另一种方法是补偿光束波前像差。对强度的补偿方法为增益导引效应,对波前像差的补偿方法有相位共轭镜、可变形镜等技术。利用球差校正板对球差进行补偿,也可以提高光束质量。