用于毫米波焦面阵成像的小F数透镜焦区矢量衍射场分析

采用射线追迹法和Stratton-Chu衍射积分公式研究透镜像空间的矢量衍射场，说明了决定衍射场分布样式的口径场相位分布的确定方法，对双曲面透镜给出了不同入射倾角时的焦区场功率分布，计算结果与实验吻合，并考察了焦区场的矢量特性，计算与实验在毫米波频段完成。     

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。     

衍射微柱透镜焦深和焦移特性的矢量分析

当衍射光学元件的特征尺寸可以与照射光波长比拟时,必须考虑光波矢量衍射特性。利用矢量分析方法——二维时域有限差分法(FDTD)对有限口径衍射微柱透镜的焦深和焦移特性进行严格矢量分析,与传统标量分析方法的结果进行了详细比较。分析给出TE波垂直入射情况下衍射微柱透镜焦深和焦移与透镜F数的关系,结果表明,微柱透镜的焦移量要大于标量分析结果,而二者得出的焦深量基本一致,这些结论对衍射微透镜的设计和实际应用有一定指导意义。同时分析了透镜面型量化对焦深和焦移的影响,讨论了矢量分析方法的数值色散、计算空间吸收边界的设置和FDTD计算区稳定电磁场向观察面的传播算法。     

双锥透镜的对称近似无衍射贝塞尔谐振腔

设计了对称贝塞尔(Bessel)谐振腔,它由两个完全相同的锥透镜构成,两锥透镜锥顶相对,底面镀膜对激光波长全反.利用光线追迹法对光线通过锥透镜和双锥透镜谐振腔的等效波导系统进行了分析.利用Fresnel-Kirchhoff衍射积分定律和Fox-Li迭代法,通过数值计算得出了谐振腔的稳定场分布.几何光学和波动光学两种分析...     

有限口径衍射微光学元件的严格矢量分析

利用二维时域有限差分方法（FDTD）对有限口径衍射微光学元件进行严格矢量分析。讨论了算法的数值色散，计算空间吸收边界的设置和FDTD计算区稳定电磁场向观察的传播算法，它们构成严格分析有限口径衍射微光学元件的有效工具。利用该工具严格分析了衍射微柱透镜衍射效率与面型量化阶次、透镜F数的关系，分析结论对衍射微光学元件的实际应用和设计都有指导意义。     

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%.     

傍轴光系统衍射计算的柯林斯公式及其计算方法的研究

为便于实际应用,本文提出三种计算柯林斯公式的方法并给出实验证明. 1) 菲涅耳衍射调制函数法.将柯林斯公式表为入射光波场与"菲涅耳衍射调制函数"的积,给出计算菲涅耳衍射调制函数的代数式,将衍射积分转换为代数运算; 2) 衍射传递函数法.将柯林斯公式表示为入射光波场的频谱与"柯林斯衍射传递函数"乘积的逆傅里叶变换,利用快速傅里叶变换进行计算; 3) 高精度快速傅里叶变换计算法.将柯林斯公式表示为可以用小容量FFT程序完成的高精度离散傅里叶变换式,利用小容量FFT程序自动完成任意给定精度的衍射计算. 最后,鉴于柯林斯公式不考虑光学系统内部的衍射受限问题,当傍轴光学系统内部的衍射受限不能忽略时,使用柯林斯公式将出现较大的误差.为此,本文还提出将光学系统沿衍射受限界面分割为若干子光学系统,利用柯林斯公式进行光波场空间追迹的计算方法.与此相应,柯林斯公式被表示成便于使用的空间追迹表达式.(OG7)     

用改进的全波方法分析圆对称层状贴片结构

本文将矢量Hankel变换与谱域导抗法相结合，改进了一种分析圆对称层状结构的全波方法，使理论建模和数值计算都得以简化。该方法应用于微带圆贴片谐振特性的计算，其结果与文献所载的实验数据相符；将该方法应用于费涅尔区板（FZP）透镜焦区场的计算，论证了双层透镜能增强聚焦作用的设计原理。     

机械补偿式红外温度自适应光机系统的设计

总结了红外温度自适应光学系统的实现方式,理论分析了机械补偿法的设计过程,研制了一种机械补偿式红外温度自适应光机系统。其光学指标焦距f=50 mm,相对孔径1/1.2,适配长波非制冷红外焦平面探测器,其像素为640×480,像元大小17 m,工作温度:―40℃～+80℃。设计结果表明,各个温度参考点各个参考视场的弥散斑半径均小于系统艾里斑,并且像面照度均匀。在空间频率20 lp/mm处,光学系统的调制传递函数接近衍射极限。利用机械补偿方式实现了系统各项技术指标。     

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。     

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。     

Numerical Stability and Numerical Dispersion of Compact Conformal Mapping 2D-FDTD Method Used for the Dispersion Analysis of Waveguides

In dispersion analysis of waveguides with particular cross-section by compact 2D-FDTD method, using conformal-boundary coordinates can obtain high computational accuracy. The transformation from conformal-boundary coordinates to rectangular coordinates can be done by conformal mapping technique in order to match Yee algorithm. In this paper, numerical stability and numerical dispersion equation of compact conformal mapping 2D-FDTD (CCM-2D-FDTD) method are derived. It is shown that the upper limit of Courant number for CCM-2D-FDTD is always smaller than 1/√2. As an example, the dispersion equation is used to examine the impact of number of cell for circular waveguide.     

轴对称光束的Gouy相位

研究了高数值孔径聚焦轴对称偏振光束产生的Gouy相位在理论和应用中的重大意义。用倾斜波近似方法可以得到Gouy相位的解析表达式,但计算较繁琐不易应用。等效焦区长度和等效波长两个概念的引入使Gouy相位的计算变得非常方便,可以近似将Gouy相位看作数值孔径NA的多项式拟合函数。利用该表达式推得的焦点附近不规则的相位分布和用数值计算方法得到的结果非常相近,也验证了倾斜波近似理论的正确性。     

基于红外波段的大视场谐衍射透镜设计

针对目前光学设计中,通过增加光学元件数量、限制视场角等方法来平衡像差,导致光学系统较复杂的问题,提出了一种基于红外波段的大视场谐衍射透镜设计方法。使用光学设计软件Zemax进行光学设计,使用DLL编写了一种可以自定义的表面面型,使用这种表面进行分区优化,并结合标量衍射理论进行了成像效果分析。结果显示,所设计的谐衍射透镜具有21°的视场角,截止频率(以0.1作为对比度极限)为11.4 lp/mm,并通过实验验证了该透镜的大视场单透镜成像的可行性。     

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...     

图像视觉条状纹理矢量方向场检测技术

方向场是条纹图像的重要特征量。本文提出了条纹图像矢量方向场模型，相比于通常的标量方向场，更符合方向的角度特性，并能通过矢量的模携带方向估计的锐度系数，使得对方向场的运算具有加权特性。同时，在矢量方向场的检测中，提出基元检测的概念。实验表明，通过建立矢量方向场，能够更准确地描述条纹图像的方向特征，并且有利于图像的后续处理。