亚波长结构二元衍射微透镜的设计方法

分析了基于标量衍射理论的位相型衍射微透镜的光学行为,结合等效媒质理论提出了二元衍射微透镜的一种新的亚波长结构近似设计方法。根据标量理论位相量化的概念,分析连续浮雕透镜的相移函数,结合等效媒质理论的等效折射率表达式,可以确定亚波长结构透镜的面型函数。     

衍射微透镜的色散特性分析

衍射微透镜具有会聚和色散功能,且体积小、易于集成和阵列化,是实现光谱成像仪和微型光谱仪的一种新型技术。光谱分辨率是评价衍射微透镜分光特性的主要指标,根据标量衍射理论,给出了多台阶位相型菲涅尔透镜的设计公式,并利用球面波的传输理论推导了微透镜主焦距与光谱分辨率之间的函数关系,得出在入射波长和位相台阶数一定的情况下,光谱分辨率与中心焦距之间呈反比;理论推导的结果与已发表的实验结果一致。     

平行平面热稳定谐振腔

利用费涅耳标量衍射理论和光学模成象法则,讨论了具有内透镜的谐振腔;导出了等效谐振腔的基本结构.计算与分析表明,具有内透镜的平行平面腔可以等效为平球型谐振腔.当腔镜与透镜的配置满足本文所推导的公式时,该腔是热稳腔.讨论了这类谐振腔的选模特性和一些设计实例.     

固体激光器的横模选择——平行平面热稳腔

本文利用费涅耳标量衍射理论和光学模成像法则，讨论了具有内透镜的谐振腔。导出了等效谐振腔的基本结构。计算与分析表明，具有内透镜的平行平面腔可以等效为平球型谐振腔。当腔镜与透镜的配置满足本文所推导的公式时．该腔是热稳腔。本文还讨论了这类谐振腔的选模特性和一些设计实例。     

衍射微柱透镜聚集特性的严格电磁分析

利用时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式,分析了有限口径衍射微柱透镜衍射效率与透镜F数的关系.严格分析比较了在不同入射极化波(TE极化和TM极化)情况下,具有不同面型分布(连续面型和8台阶、2台阶量化面型)的微柱透镜衍射效率随透镜F数的变化,并且与传统标量理论进行了比较.结果表明,随着F数的减小,标量理论和严格矢量理论得到的透镜衍射效率之差逐渐加大;在大F数情况,TM极化波入射时微柱透镜的衍射效率要略高于TE极化波入射的情况.     

衍射微柱透镜轴向光强分布特性的严格电磁分析

衍射聚焦器件轴向光强分布的焦深和焦移特性，直接决定着系统接收面的装配误差和获得最佳的能量利用率。当器件的口径和面型特征尺寸可与照射波长比拟时，必须考虑光波与衍射器件的电磁作用。利用严格电磁分析方法——时域有限差分法，对有限口径衍射微柱透镜的轴向光强分布进行了严格分析，并且与传统的标量分析方法进行详细比较。分析比较了TE和TM极化波入射情况下，不同面型分布(8台阶，16台阶量化面型和连续面型)的衍射微柱透镜焦深和焦移特性与透镜F数的关系。结果表明透镜轴向光强最大点向透镜面偏移，焦移量的严格计算结果要大于标量计算结果，表明透镜的快聚焦特性，而二者得到的焦深量基本一致，同时两种理论方法都表明透镜焦深和焦移随F数的增加而增加。     

利用矢量衍射理论设计二元光学微透镜

对于低f数(f/＃)的二元光学透镜,它的衍射效率低于由标量衍射理论所计算的值.要提高低f数透镜的衍射效率,矢量衍射理论是必不可少的.美国LSA公司的J.Michael Fin-lan和Kevin M.Flood以及Cornell大学Knight实验室的Richard J.Bojko在美国空军Phillips实验室资助下作了如下工作.利用电子束刻蚀和离子刻蚀方法得到f数为1的30×50微透镜阵列.每一透镜中心之间的距离为300μm,是在熔石英上制造的.利用矢量衍射理论和标量衍射理论设计的透镜,在对椭圆高斯光束衍射时,测得的衍射效率分别是80%和60%.     

衍射微柱透镜聚焦特性的严格电磁分析

利用时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式，分析了有限口径衍射微柱透镜衍射效率与透镜F数的关系。严格分析比较了在不同入射极化波(TE极化和TM极化)情况下，具有不同面型分布(连续面型和8台阶、2台阶量化面型)的微柱透镜衍射效率随透镜F数的变化，并且与传统标量理论进行了比较。结果表明，随着F数的减小，标量理论和严格矢量理论得到的透镜衍射效率之差逐渐加大；在大F数情况，TM极化波入射时微柱透镜的衍射效率要略高于TE极化波入射的情况。     

基于空间调制器的透镜设计与成像研究

为了研究利用空间光调制器制作的菲涅尔透镜的特性,基于标量衍射理论推导了透镜的相位分布函数,建立了菲涅尔透镜的模型;并通过实验测量了空间光调制器的相位—灰度特性曲线,得到了相位与灰度的函数关系.制作了焦距为100 mm和150 mm的菲涅尔透镜相位灰度图.通过实验研究了该菲涅尔透镜成放大实像和缩小实像的成像规律;结果表明...     

一维光子准晶平V透镜

一维光子准晶已在亚波长、亚衍射聚焦及超分辨成像领域不断展现优越性。为丰富及拓展其聚焦特性的应用,本文提出了一种一维光子准晶平V透镜,并研究了材料厚度对其聚焦特性的影响。研究结果表明,该透镜可在第二能带较宽的波长范围内实现亚波长及亚衍射聚焦。本文研究结果将为一维光子准晶平V透镜的设计及应用提供参考。     

偶数束亚波长Dammann光栅结构的矢量衍射优化设计

传统的基于标量衍射理论方法设计的Dammann光栅衍射效率较低。基于严格耦合波理论和遗传算法,介绍了亚波长结构偶数分束数Dammann光栅的设计方法。利用优化程序设计了多个光栅结构并对设计结果进行了分析,讨论了关键参数的选取及设计参数和光波偏振态的变化对分束效率和均匀性的影响。仿真结果表明所设计的偶数束Dammann光栅分束均匀性很好并且分束总效率均达到93%以上,而零级衍射效率均降到了0.64%以下,达到了较好的去零级衍射的效果。     

折衍射混合成像光学系统设计

讨论了衍射光学元件的特殊成像性质; 提出了带宽积分平均衍射效率的概念和应用; 给出了作者在国内外完成的几个折衍射混合成像光学系统的应用实例, 包括一个用衍射光学元件复消色差的长焦距光学系统, 一个仅由两个镜片构成的CMOS 相机光学系统和一个较复杂的中等焦距、大孔径、大视场照相系统。这些系统突破了传统光学系统在结构、性能、体积和重量方面的限制, 在光学设计理论上具有重要意义, 在工程应用上具有重要价值。还介绍了国外衍射光学制造技术和折衍射混合成像光学系统应用方面的最新进展。     

Practical limitations of subwavelength resolution using negative-refractive-index transmission-line lenses

Previously, we have demonstrated both analytically and experimentally subwavelength imaging using a negative-refractive-index lens made of a periodically L, C loaded transmission line (TL) network. This loaded transmission line network has been referred to as the dual TL lens. Here, we consider the limitations on subwavelength imaging imposed by impedance mismatches and the component losses of a practical dual TL lens. Simple expressions for estimating the resolving capability of a dual TL lens are given. It is found that the resolution enhancement of the dual lens is proportional to the quality factor of the series loading capacitors divided by the electrical thickness of the lens. The effective material parameters of the dual TL lens are also derived so that these expressions can be directly related to those of previous studies considering uniform and isotropic left-handed lenses. Finally, the resolving capability of an experimental lens that achieves subwavelength imaging is theoretically predicted. These theoretical predictions are then directly compared to previously reported experimental results.     

入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响

使用离子束刻蚀法成功制作高衍射效率 16阶菲涅耳透镜。菲涅耳透镜的衍射效率是评价菲涅耳透镜质量的一个重要指标。对于宽带光学系统 ,除设计、制作误差外 ,入射光波波长对菲涅耳透镜的衍射效率也有影响。针对宽带折衍混合光学系统 ,分析不同入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响。使用四种不同光源 ,对菲涅耳透镜的衍射效率进行测试。指出在短波方向 ,衍射效率下降较多 ;在长波方向 ,衍射效率下降较少     

衍射微透镜阵列用于半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列。采用菲涅耳衍射公式,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了成像型微透镜阵列匀化系统,并研究了微透镜口径及相位台阶数对焦斑均匀性的影响。结果表明:当衍射微透镜的口径D=0.27 mm、相位台阶数L=16 时,可获得不均匀性约为5%、系统能量可利用率达97%的均匀焦斑。     

Dual-Frequencies Diffractive Lenses at Millimeter Wavelengths

Diffractive lens have many advantages over refractive lens at millimeter waves band, such as thin, light and low dielectric loss and so on. However, diffractive lens have chromatic aberration, that is, focusing performance of diffractive lens is frequency dependent. In this report, a dual frequencies diffractive lens is developed, which can work at 8mm band and 3mm band, based on the harmonic diffractive lens techniques. Experiments show it has almost same focusing performance at 8mm band and 3mm band.     

有限口径亚波长衍射光学器件的严格矢量分析

利用二维时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式,分析、比较了连续面型和经过Farn方法得到的亚波长结构面型的衍射微柱透镜在TE极化波和TM极化波入射情况下的聚焦特性。对不同F数衍射微柱透镜的严格矢量分析表明,亚波长结构器件的聚焦特性对输入光波的极化情况有更强的敏感性。并简要讨论了FDTD方法的数值色散和计算空间吸收边界的设置等问题。     

衍射望远镜光学系统设计

当前对空间望远镜光学系统的要求是：在宽光谱范围内,系统具有分辨率高、质量轻等特点,衍射望远镜可以满足上述要求。利用Schupmann提出的消色差理论可实现系统宽光谱覆盖,采用平面衍射透镜做物镜可使系统轻量化,降低了成本。设计了一个物镜口径为1 000 mm,f/# =100,用离轴三反射镜做目镜的衍射望远镜。设计结果表明：系统在0.65~0.75 ?滋m波段,0.02°×0.035° 视场范围内,得到了消色差,接近衍射极限的成像质量。     

薄膜衍射消热差红外光学系统设计

设计了一种薄膜衍射消热差红外光学系统.此光学系统口径为200 mm,焦距为200 mm,相对孔径为1,全视场角为3°,工作波段为10.7～10.9mm.该系统采用薄膜衍射镜作为主镜,厚度为微米量级,具有口径大、重量轻的优点,解决了现有红外光学系统重量和口径无法调和的矛盾.利用含有衍射面的折衍混合透镜进行校正主镜带来的强...