菲涅耳透镜的通光分析及设计方法探讨

研究了菲涅耳透镜成像质量差的原因,提出一种改进的方法,即改善轴外点的成像质量以增大菲涅耳透镜的视场。分析了三种常用的设计菲涅耳透镜的方法,用光学设计软件Zem ax模拟设计结果,对三种设计方法进行比较。得出结论:像面为曲面时可校正场曲;基面和底面为曲面的菲涅耳透镜与平面型菲涅尔透镜相比彗差较小。     

菲涅耳透镜的实际像差计算

本文阐述了菲涅耳透镜实际像差的计算,並给出了在相同条件下,菲涅耳透镜和球面透镜系统实际像差计算结果的对比。同时指出了菲涅耳透镜实际像差的特点。     

对准误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响

基于标量衍射理论,在傅立叶光学的基础上,首先得出存在对准误差情况下4台阶菲涅耳透镜衍射效率的解析式;并以4台阶、8台阶、16台阶菲涅耳透镜为例,系统分析对准误差对衍射效率的影响并进行计算机模拟研究.模拟计算结果对正在进行的16台阶菲涅耳透镜制作工作提供了理论指导.     

菲涅耳透镜

菲涅耳透镜俗称螺纹透镜。其基本原理是将普通的透镜分割为众多小棱镜,再展成平面而成。菲涅耳透镜加工技术包括超精加工、微机精密控制、天然金刚石刃磨、光学塑料精密成型等多项技术。此种透镜的材料采用光学塑料,因此,菲涅耳透镜具有体积小、重量轻、成     

沟槽变异对菲涅耳透镜光学效率的影响

菲涅耳透镜以其良好的成像功能和很高的光学效率,广泛应用于教育投影仪、背投电视等大型成像设备。然而,出射面环形沟槽轨迹的不连续性给菲涅耳透镜的加工带来了诸多困难。为此,本文提出用连续阿基米德螺旋沟槽代替传统的同心环形沟槽,并从光学效率方面对它们进行了比较,计算结果验证了用螺旋沟槽代替同心环带沟槽的可行性,为螺旋沟槽型菲涅耳透镜的设计和制造提供了理论依据。     

扫描全息术中菲涅耳波带板的衍射问题分析

对扫描全息术中作为编码孔径的菲涅耳波带板的衍射问题进行了数值计算和实验观测。对波带板的菲涅耳衍射积分方程进行了数值求解,在计算时考虑了透镜的位相调制作用;为了使分析问题直观、数值计算简化,通过对比有透镜时波带板的衍射强度分布,求解出无透镜时具有相同分布的等效距离,同时引入了菲涅耳虚衍射面的概念;为了定量描述波带板的衍射效应,定义了临界衍射距离;为了验证数值计算的正确性,在实验中观测并记录了透镜焦距、波带板环数和半径对临界衍射距离的影响;对发散球面波入射时临界衍射距离的变化也进行了讨论。数值计算和实验观测结果对波带板扫描全息成像系统中编码孔径的结构设计、成像物体与透镜的距离以及透镜焦距的选取具有指导意义。     

高分辨率X射线衍射光学元件

评述了BESSY研制的用于X射线聚焦的各种衍射光学元件。基于布拉格-菲涅耳光学元件,设计了高效高分辨率X射线聚焦和色散光学元件。描述了对长焦距布拉格-菲涅耳透镜与可变曲率半径反射镜组合所做的实验研究。用一块反射菲涅耳波带板作聚焦和色散光学元件进行了短脉冲X射线吸收谱(XAS)的测量。     

高透光率聚光镜用菲涅耳透镜的计算

从物镜和光源的工作移动范围出发，提出计算双透镜聚光镜菲涅耳透镜的方法，这种方法能使断面的各参量达到最佳，从而可以提高整个放大率范围的光透过率，并减少来自聚光镜的散射光。     

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

大直径菲涅尔透镜广泛应用于太阳能电站、背投显示等领域,但其模具加工制造难度大。针对大直径菲涅尔透镜模具加工设备及加工工艺的发展状况进行了深入的分析研究,总结了大直径菲涅尔透镜模具加工的研究现状,展望了其未来的发展方向。     

大视场菲涅尔透镜的聚光效率模拟和分析

大视场菲涅尔聚焦透镜在180°的范围内各个视场下均能实现较理想的聚焦。根据现有的大视场菲涅尔聚焦透镜的设计结果,利用Zemax软件在非序列环境下自定义面型的功能对该设计进行模拟分析。模拟菲涅尔透镜在不同方向的平行光照射下的聚焦情况。通过对不同方向的光线照射下探测器接收到能量的情况进行分析,得到了相应的聚光效率,为设计的可行性提供了分析依据。     

关于分振幅等倾双光束干涉条纹反衬度的讨论

为讨论单色平面光经过透明平行平板后出现的两束主要反射光之间干涉条纹的反衬度,在给出了它们的光矢量方位角的定义之后,利用方位角之差表示出两束光波光矢量之间的夹角;再利用菲涅耳公式表示出两束光波的光强比,从平面波干涉的角度来求两束光之间干涉条纹的反衬度,最终得出了复杂而普遍的表达式。并针对海定格干涉的反衬度进行了讨论,认为小角度入射形成的海定格干涉条纹,其反衬度只决定于平行平板的折射率;利用光学材料制作的平行平板,其海定格干涉条纹具有很高的反衬度。     

Image simulations of kinked vortices for transmission electron microscopy

We present an improved model of kinked vortices in high-T_c superconductors suitable for the interpretation of Fresnel or holographic observations carried out with a transmission electron microscope. A kinked vortex is composed of two displaced half-vortices, perpendicular to the film plane, connected by a horizontal flux-line in the plane, resembling a connecting Josephson vortex (JV) segment. Such structures may arise when a magnetic field is applied almost in the plane, and the line tension of the fluxon breaks down under its influence. The existence of kinked vortices was hinted in earlier observations of high-T_c superconducting films, where the Fresnel contrast associated with some vortices showed a dumbbell like appearance. Here, we show that under suitable conditions the JV segment may reveal itself in Fresnel imaging or holographic phase mapping in a transmission electron microscope.     

关于超透镜斜入射时调制传递函数曲线的研究

为了实现光学系统的集成和小型化,提高光学系统的成像质量,设计了一种基于广义斯涅尔定律和几何相位的平面超透镜。通过在超透镜界面处设计双曲面相位分布,将入射圆偏振平面波阵面转换为球形波阵面,将光聚焦在期望焦距处,并且在垂直入射时能够实现衍射极限聚焦。分析了入射光以不同角度入射时,光斑的调制传递函数(MTF)曲线,阐述了不同角度入射光入射时导致MTF曲线下降的原因。该分析对平面超透镜的进一步优化设计具有一定的指导意义,有助于实现小型化、集成化的光学系统。     

Aspects regarding measurement of thickness of intergranular glassy films

Materials such as Si₃N₄, SiC and SrTiO₃ can have grain boundaries characterized by the presence of a thin intergranular amorphous film of nearly constant thickness, in some cases (e.g. Si₃N₄) almost independent of the orientation of the bounding grains, but dependent on the composition of the ceramic. Microscopy techniques such as high‐resolution lattice fringe imaging, Fresnel fringe imaging and diffuse dark field imaging have been applied to the study of intergranular glassy films. The theme of the current investigation is the use of Fresnel fringes and Fourier filtering for the measurement of the thickness of intergranular glassy films. Fresnel fringes hidden in high‐resolution micrographs can be used to objectively demarcate the glass–crystal interface and to measure the thickness of intergranular glassy films. Image line profiles obtained from Fourier filtering the high‐resolution micrographs can yield better estimates of the thickness. Using image simulation, various kinds of deviation from an ideal square‐well potential profile and their effects on the Fresnel image contrast are considered. A method is also put forth to objectively retrieve Fresnel fringe spacing data by Fourier filtering Fresnel contrast images. Difficulties arising from the use of the standard Fresnel fringe extrapolation technique are outlined and an alternative method for the measurement of the thickness of intergranular glassy films, based on zero‐defocus (in‐focus) Fresnel contrast images is suggested. The experimental work is from two ceramic systems: Lu‐Mg‐doped Si₃N₄ and SrTiO₃ (stoichiometric and nonstoichiometric). Further, a comparison is made between the standard high‐resolution lattice fringe technique, the standard Fresnel fringe extrapolation technique and the methods of analyses introduced in the current work, to illustrate their utility and merits. Taking experimental difficulties into account, this work is intended to be a practical tool kit for the study of intergranular glassy films.     

分振幅双光束等倾干涉中半波损失的讨论

为研究光经过透明平行平板后出现的两束主要反射光之间是否存在半波损失,利用菲涅耳公式和矢量分解再求和的方法,以它们在p、s方向的分振动是否分别反向,且各自方向上的振幅比相等作为判据进行分析,结果发现只在两种情况下有半波损失:第一种是透明平行平板处于均匀的透明媒质中,光以Brewster角斜入射透明平行平板时有半波损失;而透明平行平板处于两种折射率不同的环境媒质之间时不会有半波损失。第二种情况是光束正入射透明平行平板,且当透明平行平板的折射率与周围环境透明媒质的折射率相比处于最大或最小时,将有半波损失。其它情况则没有半波损失。     

Hologram simulation for off-axis electron holography

Hologram simulation for electron holography using an electron biprism is described. An electron hologram is superimposed by Fresnel fringes originating from the electron biprism, which affects both the amplitude and the phase of the object wave and the reference wave. In this simulation, we consider the effects of Fresnel diffraction as well as the electron-wave phase shift due to the electromagnetic field produced by the specimen. We also take into account the phase shift due to the inner potential of the specimen, the amplitude modulation due to the absorption of the incident electrons by the specimen, reference-wave distortion caused by the electromagnetic fields, coherency of the electron wave, and quantum noise of the detected electrons. Simulated and experimentally obtained holograms and reconstructed images are compared for the cases of a charged latex spherical particle and a single magnetic-domain spherical particle placed on a carbon film.     

亚波长周期结构与多层增透膜反射特性的比较

为解决光学系统中普遍存在的菲涅耳反射问题,利用严格耦合波法设计、分析了一种三维轮廓亚波长结构,然后把计算结果同多层反射膜的增透特性进行了比较,结果表明该结构在很宽的波段上尤其是远红外波段上的抗反射特性要远远好于多层膜,其反射率基本上能控制在0.2%以内;并且这种结构反射率的变化随入射光波入射角的偏离在40°以内能保持在1%以下,而多层膜只能在30°以内勉强做到这一点。     

同态滤波法抑制离轴数字全息零级项

针对离轴数字全息图受记录器件像元尺寸的限制而在数字再现时存在再现像受零级项串扰的问题,提出了一种抑制离轴数字全息零级项的方法.根据图像灰度可由图像照度及表面反射率共同决定的原理,将全息图看作入射分量和反射分量的乘积,利用入射分量变化缓慢且集中在低频段,反射分量反映图像细节并集中在高频段的特性,用同态滤波方法处理数字全息图.设计了同态滤波器,其上下限分别为0.001和1,直径为300 pixel.用该方法实现了对衍射距离为34 cm的菲涅尔数字全息图的零级项抑制,并对重构出的物光对比度以及物体的细节信息进行了增强.     

光学法确定石英晶体的光学轴

为了确定位于石英晶体入射面内光学轴的位置,采用自然光沿石英晶面以一定的入射角斜入射,并根据自然光在石英晶体内的传播特性,测量出o光和e光出射光线间的垂直间距以及界面上两出射光点的间距,运用几何作图法,通过计算给出光学轴位于石英晶体入射面内的情况下的理论一般公式,且以实验得以验证,从而提供了一种可用光学法确定光轴位置的方法。