毫米波焦面阵成像视场扩大分析

本文研究平面波倾斜入射在小F数毫米波焦面阵成像系统上衍射斑像差减小即视场扩大问题．采用射线追迹方法计算不同透镜剖面成像系统焦面上的点列图，对商用介质材料透镜通过优化剖面形状来减小像差从而获得视场扩大的效果．采用结合射线追迹和衍射积分的矢量孔径场法计算了透镜焦面上的衍射场分布，与实验结果做了比较，两者吻合．     

毫米波衍折射透镜系统焦区矢量场快速分析

将快速分析单个二元衍射透镜焦区标量场的射线衍射传播法发展为矢量射线衍射传播追迹法,此方法能快速有效地分析二元衍射透镜及折射透镜组合光学系统的焦区矢量场,获得相应的成像性能。与二维时域有限差分法(2D-FDTD)相比,矢量射线衍射传播追迹法的计算时间显著缩短。矢量射线衍射传播追迹法与2D-FDTD计算结果及实验结果对比验证了其正确性。     

毫米波焦面阵成像视场扩大分析

本文研究平面波倾斜入射在小F数毫米波焦面阵成像系统上衍射斑像差减小即视场扩大问题.采用射线追迹方法计算不同透镜剖面成像系统焦面上的点列图,对商用介质材料透镜通过优化剖面形状来减小像差从而获得视场扩大的效果.采用结合射线追迹和衍射积分的矢量孔径场法计算了透镜焦面上的衍射场分布,与实验结果做了比较,两者吻合.     

W 波段焦面阵成像Teflon 衍射微透镜阵列研究

提出并设计了一种应用于W波段焦面阵成像的新型二元Teflon衍射微透镜阵列。新型衍射微透镜阵列仅有两个台阶,与传统折射微透镜阵列相比,大幅度地降低了加工制作的难度。用几何光学、物理光学及FDTD相结合的混合数值方法分析计算了物镜焦区场与微透镜阵列的耦合特性,混合数值分析方法的正确性通过相关实验得到了验证。研究表明,衍射微透镜阵列可具有良好的成像性能。     

双层费涅尔区板透镜的焦区场

采用改进的全波分析方法，分析了双层费涅尔区板透镜在平面波入射下的焦区场的分布，计算结果与文献的实验结果相符，进一步检出了平面波正投射与斜投射于单层ＦＺＰ透镜，双层ＦＺＰ透镜，双层ＦＺＰ透镜含不同介质层时，焦区场分布的计算结果，由此得出的结论为该类天线的设计提供一理论依据。     

费涅尔透镜焦区场：—谱域法与物理光学的比较

本文分别采用传统的物理光学法（PO）和全波分析的谱域技术（SDT），分析了费涅尔区板（FZP）透镜的焦区场分布。SDT法的计算结果与文献的实验结果一致，通过对PO与SDT两种方法的数值结果比较可知，对单层FZP透镜，PO分析结果的有效性依赖于透镜的焦距与透镜的费涅尔区下限之比，而SDT则具有广泛的适应性。     

用于毫米波焦面成像阵的介质加载波导阵元分析

分析了有望用于毫米波成像焦面阵的介质加载波导阵元，采用时域有限差分法(FDTD)计算输入特性，优化了输入基本匹配时的结构尺寸参数，计算该结构参数下的阵元与成像透镜衍射场Airy斑的耦合效率并与其它阵元做了比较。     

部分相干径向偏振涡旋光焦场轨道角动量特性

将部分相干径向偏振涡旋光束的轨道角动量应用于焦场目标探测,根据部分相干及Richards-Wolf矢量衍射积分理论,推导了光束焦场目标平面处的光场分布,讨论了焦平面处的轨道角动量密度分布特性,分析了入射光束的相干长度和聚焦透镜的数值孔径对纵向分量轨道角动量密度分布和轨道角动量的影响。结果表明,随着相干长度的增大,轨道角动量和轨道角动量密度迅速变大,当增大至0.5 cm后,轨道角动量和轨道角动量密度的变化趋于平缓,此后,相干长度的变化不再影响轨道角动量和轨道角动量密度分布。随着数值孔径的增大,轨道角动量和轨道角动量密度始终表现出增长的变化趋势,并且,变化程度在数值孔径大于0.7后越来越大。     

费涅尔透镜的焦区场──谱域法与物理光学法的比较

本文分别采用传统的物理光学法（PO）和全被分析的谱域技术（SDT），分析了费涅尔区板（FZP）透镜的焦区场分布。SDT法的计算结果与文献的实验结果一致。通过对PO与SDT两种方法的数值结果比较可知：对单层FZP透镜，PO分析结果的有效性依赖于透镜的焦距与透镜的费涅尔区下限之比，而SDT则具有广泛的适应性。     

矩形谱宽带激光中带宽诱导的焦开关现象

为了研究频带宽度对激光光束传输和激光应用产生的影响,采用衍射积分推导了矩形谱宽带激光通过双焦色散透镜后的传输公式,利用数值计算研究了矩形谱宽带激光带宽诱导的焦开关现象,分析得到带宽对光强分布和焦开关的影响。结果表明,带宽是影响光强分布和焦开关形成的重要因素;带宽变化会导致光强分布中光强主极大从一个位置跃变到另一个位置,从而形成焦开关现象。该研究结果有助于进一步推动宽频带激光的应用。     

基于狭槽天线超表面的复振幅光瞳滤波器

为了产生具有特殊性质的聚焦矢量光场,根据狭槽天线与线偏振片的相似性,设计了刻蚀有多个不同方向狭槽天线环形阵列的超表面,作为离散型复振幅光瞳滤波器使用。以径向偏振入射光为例,经该滤波器并经大数值孔径透镜紧聚焦后,可获得衍射受限的超长3维光管场。结果表明,由于狭槽天线具有局域调控入射光场振幅和相位的特性,各个环带上具有各自特定的透射率,同时具有特定的二元相移（0/π）分布,可以用来实现具有特殊性质的矢量光场。这种结构的超表面对矢量光束的产生与调控提供了新途径。     

反射表面微变形的改进型龙虾眼透镜

龙虾眼透镜作为一种特殊的透射式反射聚焦元件,在X射线等高能领域具有重要的应用价值,并在可见光、红外波段具有潜在的应用前景。为提高龙虾眼透镜的成像质量,从理论方面分析了变周期闪耀光栅的衍射干涉因子以及衍射场情况,利用变周期闪耀光栅对龙虾眼通道内壁进行微整形,并且对经过微整形之后的一维龙虾眼结构进行了聚焦光场分布计算。通过与之前结构的仿真对比,结果表明:焦距为100 mm时,有效半口径为95 mm的现有结构在焦面处的弥散斑直径由10 mm减小至1 mm,光能集中度由75%增大至89.62%,并且在不同入射高度下焦平面处的光斑直径以及光能集中度均有提高。     

圆柱偏振贝塞耳-高斯光束经高数值孔径透镜的聚焦

利用里查德-沃耳夫(Richards-Wolf)矢量衍射积分模型,推导了圆柱偏振贝塞耳-高斯(CPBG)光束经高数值孔径透镜聚焦的光场表达式,并用数值计算分析了各相关参数的取值变化对焦面及焦点附近光强分布的影响。研究表明,焦面光强大小及光强剖面形状与贝塞耳函数项相关参数β,偏振旋转角0,光束束腰宽度w0和数值孔径角α的取值相关。通过控制各相关参数的取值,在聚焦场中获得了有广泛实际应用的具有涡旋性质的局域空心光束和平顶光束。     

毫米波光栅谱仪分辨率的研究

对具有一定入射角的波束经球面镜聚焦后焦点区域场的分布进行理论计算与实验测试,结果表明:在毫米波光栅谱仪(25～100GHz)中大球面镜聚焦系统明显限制了频谱分辨率.增大光栅对波束的衍射角是减小和消除这一限制的有效方法.     

FDTD Simulation for the Focusing Property of Extended Hemispherical Lens as Receiving Antenna

The focusing property of extended hemispherical lens, on which a linearly polarized plane wave is incident normally, is simulated by FDTD method. The focusing process is presented pictorially at different moment. Focal length is obtained and compared with that computed by other method. Good agreement has been found. The coupling between the focused incident wave and a waveguide in the focal plane of the lens is also simulated. The lens is used as antenna at millimeter wavelengths.     

A new solution for the problem of plane wave diffraction by a 2-D aperture in a ground plane

In this paper, we develop novel closed-form representations for the diffraction integrals associated with the classical problem of plane wave diffraction by a two-dimensional aperture in a ground plane. After approximating the aperture field by the incident field, spectral-domain techniques are used to represent the diffracted fields as inverse Fourier transforms, which are often referred to as the angular spectrum. The resulting inverse Fourier transforms are integrated analytically by using contour deformation techniques, thereby yielding closed-form representations for the diffracted fields that only involve rapidly-computable special functions. The diffracted fields that are computed using the closed-form representations are validated by comparing with results obtained by direct numerical integration of the diffraction integrals.     

基于离焦光栅的单帧深度学习相位反演算法

针对目前相位差法收敛速度慢以及需要CCD在焦面以及离焦面多次测量的问题,提出了基于离焦光栅的单帧深度学习相位反演算法。该算法用离焦光栅对入射波前进行调制,可同时在透镜焦平面上获得正负离焦以及焦面远场光强分布;此外算法引入卷积神经网络替代原有的多次扰动寻优过程,波前复原算法耗时大大降低。仿真结果表明:算法可根据单帧透镜焦面远场光强分布实现高精度快速波前复原,残差波前的均方根为入射波前均方根的6.7%,算法进行一次波前复原所需时间可小于0.6 ms。