利用具有奇异非线性光学特性的纳米粒子突破光学衍射极限

20世纪末、21世纪初,生命科学发展势头迅猛.三维光学显微成像技术由于能够对活体细胞内的一系列生命活动过程实施三维动态成像而倍受关注.然而,传统的基于线性荧光激发方案的共焦成像技术由于受到光学衍射极限的限制,其横向与纵向分辨率都是在数百纳米左右的量级,仍未能满足生命科学家的普遍需求.利用各种非线性光学荧光激发方案,打破光学衍射极限已经被实现,然而目前这些非线性光学成像方法在光源选择、成像光路等方面均较为复杂与昂贵.通过构筑一种具有奇异非线性光学特性的纳米粒子,在一台普通的光学显微镜上仅仅对荧光分子进行线性光激发即可实现三维远场光学超分辨成像--生命科学家长期来的梦想正有望被实现.     

光学超衍射极限的新理论研究

光学超衍射极限的新理论研究杨国光（浙江大学，杭州３１００２７）项目批准号：６９０８８００５本项目采用新概念，新理论，新方法对光学衍射极限进行了研究，提出三种ＳＲＯ（超分辨光学）的新原理：光学合成孔径理论；频域成像理论；以及空间拟合函数超像元理论；并提...     

近衍射极限半导体激光束波面检测

在星间半导体激光通信系统中，如何检测发射光束波面的质量是个较难处理的问题，为了较好地解决这一问题，在简单介绍白光横向双剪切干涉仪的基础上，报道了用此干涉仪对近衍射极限半导体激光光束波面的检测，在此基础上推导出计算远场发散度的公式。实验测得近场光束的波高差为0．2A，通过夫朗和费衍射求得光束的发散度仅为64．8μrad，这表明光束接近光学衍射极限。同时，表明双剪切干涉仪灵敏度高、实用性好。     

COS光束的超衍射极限传输

本文给出ｃｏｓ光束的原理和变换性质，首次实现了超过高斯光束传输特性的ｃｏｓ实验演示。简要报道了已投入试生产的方向性和中央功率密度均超过高斯光束的新光束。     

基于衍射理论的畸变分析与应用

为了研究怎样用衍射理论分析处理畸变,从基于点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推理得到高斯像面上仅有畸变像点的光强分布解析计算式,分析了高斯像面上畸变产生的衍射机理,探讨了畸变效应及其应用,模拟实验表明这一理论和方法是可行的,有助于为光学工程开辟一条新的途径和促进像差衍射理论的发展。     

高亮度超衍射极限光束的基本模式分析与应用前景

本文简要分析了一种高亮度、超衍射极限光束的模式，对这种新光束的应用前景作了讨论。     

无像散场曲的衍射机理及其计算研究

首先由衍射成像原理出发得到用波像差函数表示的有像差像点的光强分布的积分式,再由仅有无像散场曲的像点光强分布的积分式推导出其解析计算式,进而分析了无像散场曲产生的衍射机理.模拟实验表明了这一计算和分析是有效而可靠的,有助于像差检测与校正中对场曲进行分析与处理.     

畸变的衍射机理及其计算与校正研究

从基于点源圆孔衍射的成像原理出发得到了仅有畸变像点的光场分布的计算式,分析探讨了畸变的衍射机理及其计算与特征以及校正方法,模拟实验表明了这一理论和方法的可行性,有助于光学设计中对畸变进行像差平衡与校正和光学加工中对畸变的检测与修正以及数码成像系统中对畸变做电子校正等。     

关于标量衍射理论在二元化透镜设计中的应用极限的探讨

本文分别用菲涅耳衍射公式和瑞利－索末菲衍射公式对不同数值孔径的二元化透镜的衍射问题进行了计算机模拟，给出了计算结果，从中得出了菲涅耳衍射公式和瑞利－索末菲衍射公式各自的应用范围。并对大数值孔径二元化透镜设计中的应用严格电磁理论问题作了讨论。     

近衍射极限输出的外腔半导体激光器研究

针对宽接触条形半导体激光器(Broad arealaser diode),设计了一个新颖独特的外腔结构,通过平面镜和光栅的组合外腔来改善光束质量.实验中在2.7倍阈值电流的驱动电流下,获得光瓣宽度(FWHM)为0.53°,相应于光束质量为1.3倍衍射极限,谱宽为0.7 nm,功率为320 mW的激光输出.     

衍射光学元件在红外光学系统方面的应用

1前言 红外波段的(3～5)μm和(8～14)μm波长大气透射率好,被称为大气窗口.地球上的所有物体都发出热辐射(电磁波),通常其中心波长位于红外波段.在用此波长将常温下的物体映像化时,要求能探测0.1 K以下的温差.用红外方式拍摄这种微小温度差时,其对比度要比可见光摄像低.光学系统影响探测分辨率的主要原因有以下几个方面.     

基于衍射理论的高斯像面球差的计算与分析

为了利用波动光学的衍射理论分析处理球差,采用先计算像点的光强分布再进一步分析处理球差的方法,对球差进行了理论分析和模拟。从基于点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推导得到高斯像面上仅有球差像点的光强分布的解析计算式,分析探讨了高斯像面上球差的衍射机理及其计算与校正。结果表明,这种方法能够更为精细地分析处理球差,有助于在光学设计中对球差进行像差平衡与校正、光学加工中对球差的检测与修正以及数码成像时对球差做电子校正等,有利于促进激光技术和微光学以及微光机电系统的发展。     

光纤相移点衍射干涉仪关键技术

为了实现光学系统波像差的高精度检测,引入了改进的光纤相移点衍射干涉仪,介绍了其工作原理,并对干涉仪的关键部件包括激光光源及光纤的参数进行了选择和分析。经测试,激光光源功率稳定性约为1%(10 min),光斑尺寸在实现最佳耦合效率允许范围内,光束位置稳定度约为6 um,相干长度为1 cm 左右,都在测试精度允许范围内;选择了纤芯直径为3.5 um 的单模不保偏光纤,对光纤端面镀半反半透金属膜,实现了较高的条纹对比度和光能利用率,并设计了波前参考源,方便了光纤端面的抛光、镀膜及装卡。最后,利用选择的部件搭建了光纤相移点衍射干涉仪实验装置,为最终能够实现光学系统波像差的高精度检测提供了前期的准备。     

刻蚀衍射光栅像差特性分析

对作为波分复用关键器件之一的刻蚀衍射光栅(EDG)的像差特性提出了一种简单方便的计算方法,分析了像差对刻蚀衍射光栅频谱响应的影响.理论推导了基于基尔霍夫衍射、角谱衍射以及快速傅里叶变换等方法.最终证明彗差会造成谱形失称,明显降低耦合效率;而球差则会明显地增加串扰.并指出当像差存在时通过输出端加taper结构,并不能显著改善器件的串扰特性.     

刻蚀衍射光栅像差特性分析

对作为波分复用关键器件之一的刻蚀衍射光栅(EDG)的像差特性提出了一种简单方便的计算方法,分析了像差对刻蚀衍射光栅频谱响应的影响.理论推导了基于基尔霍夫衍射、角谱衍射以及快速傅里叶变换等方法.最终证明彗差会造成谱形失称,明显降低耦合效率;而球差则会明显地增加串扰.并指出当像差存在时通过输出端加ta per结构,并不能显著改善器件的串扰特性.     

新型显微术突破衍射极限

1 前言光学显微镜可能是孩子们所熟悉的一种科学仪器，也可能是唯一能在玩具店买到的光学仪器。在学校里我们中的大多数都是满怀期望地来使用显微镜，希望通过它能够看到一片树叶或一只死苍蝇中无法想象到的细节。但常常是因无法看到更多信息而大失所望。那么构成一切物体的所有那些原子和分子在哪儿呢？如果我们向老师抱怨，我们通常会被告知，无法在光学显微镜中看到非常非常小的东西。直到最近，老师说的还是正确的，但并不总是如此。100多年来科学家坚信显微镜的分辨率在照明样品光波长的一半处降至最低点。原因在于光的波动特性而不是…     

10 W近衍射极限输出的高效率窄线宽主控振荡放大半导体激光器

为研制近衍射极限的高功率半导体激光器,采用了片上光栅、窄脊型波导、锥形放大器一体集成的主控放大(Master Oscillator Power-Amplifier,MOPA)技术路线,以长度为8 mm、脊型宽度为3μm的波导为单模种子源,配合长度为7 mm、全角为3.3°的锥形放大器,实现了功率10.3 W、慢轴光束质量M²(1/e²)因子=1.06,3 d B线宽40 pm,工作电光效率50.5%的半导体激光输出,并采用片上电致加热光栅调谐技术,实现了中心波长在4 nm范围内连续可调。     

双光纤相移点衍射干涉仪装调技术

为了实现对极紫外光刻物镜系统波像差的超高精度检测,引入了双光纤相移点衍射干涉仪,介绍了其工作原理,并对干涉仪的装调方案进行了精密的设计。解决了各个元器件的精确定位问题,保证了进入光纤之前的测试光和参考光严格垂直, 实现了耦合系统与光纤之间最大的耦合效率和干涉条纹最大的条纹对比度, 为最终能够实现极紫外光刻物镜系统波像差的超高精度检测提供了前期准备。装调完毕后,利用实验装置对某一光学系统进行了测量,使用十三步相移算法还原被检光学系统波像差,得到了较好的结果,测试结果为:PV 值为37.82 nm,RMS 值为7.83 nm。     

近衍射极限输出的大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器

利用激光器实现高光束质量、高峰值功率输出是近年来的研究热点。采用芯层与包层折射率匹配的方法,同时利用模式竞争的选模特性,通过模拟晶体波导芯层各阶模的相对增益,计算出在腔内不同饱和光强下芯层的截止尺寸,制备了大芯径尺寸晶体波导,试验研究了大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器输出特性。采用芯径尺寸为320μm×400μm的1.0%(原子百分数)Yb:YAG,包层尺寸为7 mm×30 mm的0.5%(原子百分数)Er:YAG,长度为77 mm的单包层矩形晶体波导,平凹腔电光调Q,获得脉冲能量1.29 mJ@10 kHz,脉冲宽度10 ns,光束质量M~2=1.15×1.10的输出。试验证明大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器可获得近衍射极限高峰值功率脉冲输出。