六极球差矫正系统

从Scherzer1936年提出了关于旋转对称电磁透镜的球差不可能靠其本身场分布的设计而消除的理论以来,电子透镜的球差一直是限制电子显微镜分辨率的根本因素。虽然也有过一些采用非对称电子光学系统或其他方法矫正球差的工作,其中包括Scherzer本人建议的八极球差校正系统,但一直未能在高分辨率电镜上获得应用。近几年来,Crewe及其他一些人又提出了用六极透镜矫正球差的想法。在文献中Crewe证明了单一的六极透镜或两个六极透镜串连使用均不能形成矫正球差的条件。然而如果在两个六极透镜之间,装一弱的旋转对称透镜(图1)则可达到对矫正三级球差的条件。但三级以上像差的影响如何尚不清楚。本文详细推导了图1所示系统的三级像差及为矫正物镜固有三级像差的条件,并在Commodore—64微机上设计了计算该系统三极像差的程序“Sextupole—1”及计算包括三级像差在内直到五级以上像差的程序“Sextupole—2”。“Sextupole”—2程序还可用于同时计算矫正系统的各参数对实际矫正效果的影响。     

磁六极透镜场分布的测定

本文介绍一种用于电镜透镜球差矫正系统中的磁六极透镜的磁场分布实验测定原理及方法,并给出较详细的测量数据。测量结果说明这种透镜内磁场分布是以3θ为宗量的正弦和余弦规律,随r的变化是二次方规律。     

中等电压透射电镜的球差矫正

20世纪末中等电压透射电镜的物镜球差矫正获得成功,这是上世纪80年代世界第一台电子显微镜创制者获得诺贝尔物理奖以来电镜发展史上迄今取得的最重大成就.本文简要回顾了球差矫正研究的历史,重点介绍Scherzer,Rose,Haider等关于球差矫正的观点、理论和实验研究所取得的成果,详细讨论了六极消球差系统的工作原理以及对中合轴的原理和方法.     

电磁六极透镜的磁场分布

本文叙述了一种可用于电子显微镜不差矫Ｅ系统的电磁六极透镜的磁场分布研究结果。研究工作系统实验测定磁场分布和理论分析相结合的方法，给出了六极透镜磁感应强度各分量的数值和近似公式，特别着重分析了六极边缘区域的磁场分布情况。     

高斯光束通过两种球差透镜的聚焦特性比较

通过研究,比较了高斯光束通过两种不同球差透镜的聚焦特性。研究表明,高斯光束通过球差透镜的聚焦特性由球差透镜的类型、球差大小和光束的菲涅耳数共同决定。不同的球差透镜要实现无焦移聚焦和越过焦点的聚焦的条件是不同的。     

利用球差透镜获得超衍射极限聚焦

从ＨｕｙｇｅｎｓＦｒｅｓｎｅｌ衍射积分公式出发,得到了高斯光束经过球差透镜聚焦之后聚焦光场的光强分布的表示式。数值计算结果表明,当透镜存在负球差时,可获得超衍射极限聚焦,即得到的聚焦光斑比高斯光束经过无球差透镜聚焦而得到的聚焦光斑还小。并且,透镜的负球差系数越大,得到的聚焦光斑越小。相反,当高斯光束经过正球差透镜聚焦,得到的聚焦光斑比无球差时大。透镜的球差系数愈大,得到的聚焦光斑愈大。讨论了透镜的球差对轴上光强最大点（最佳聚焦点）的影响。     

用于CO2激光聚焦的“长寿命透镜”

用于ＣＯ_２激光聚焦的“长寿命透镜”所谓“长寿命透镜”是利用光的衍射现象实现衍射极限光束的划时代工业气体激光系统用的聚光部件。这种设计，针对普通透镜无论怎样也无法消除的球差，通过在透镜表面施加特殊的衍射花样，使球差不能发生，从而实现接近衍射极限的聚光?..     

Maxwell鱼眼微球透镜对有限远物点的成像及其像差

本文在文献［１］的基础上用变折射率介质中的光线理论研究了Ｍａｘｗｅｌｌ鱼眼球透镜对有限远物点成像的可能，导出了它对有限运物点的像距和纵、横向球差的计算公式。数值计算的结果表明该种球透镜不仅可以对有限远物点成像，且其纵、横向球差甚小．若合适选取透镜的参数，其纵、横向球差可比均匀折射率球透镜小两、三个数量级，在短物距时也比自聚焦棒透镜小。从而进一步显示了它在集成光学和微型光学系统中应用的可能性。     

波导短程透镜的球差测量

波导短程透镜有孔径大、捌耗骶等优点。但透镜的球差很大,为此要对球面的波导短透镜进行球差分布的测量。球面短程透镜的参数:孔径10.07mm,球面中心深度为1.3mm、设计的焦距为20.14mm。从测试结果看出,消球差的孔径仅为1mm左右,即有效孔径很小,这就限制了实际使用。为了改进短程透镜的质量,即消球差,可用设计一种非球面短程透镜的方法来完成。     

高斯光束经过球差环形透镜的聚焦

本文讨论高斯光束经过球差环形透镜的聚焦。推导并得到了聚焦光场轴上点的光强分布的表示式。并对其进行数值计算。数值计算结果表明,对于负球差的情况下,得到的光强的最大点位置（最佳聚焦点）相对于无球差情况,往透镜方向移动,即焦移增大;并且,最佳聚焦点的光强较无球差时大,当球差环形透镜的中心拦截比ε取一定值时,得到的轴上点光强最大值远大于无球差时的光强最大值。此外,当透镜具有正球差时,聚焦光场的光强最大点（     

基于径向梯度折射率透镜的消色差光学系统的设计

提出了一种基于径向梯度折射率(gradient index, GRIN)的消色差透镜,有效抑制了光学系统的色差效应。首先,利用径向GRIN透镜较低的球差和像差以及更优良的聚焦成像、更高的光学耦合效率的优势,实现了径向GRIN透镜的消色差光学系统的设计,消除了高阶像差。其次,通过对ZEMAX操作数POWR和SPHA的控制,分别对光学系统的光焦度和球差进行了优化设计。最后,推导并建立了径向GRIN透镜消色差光学系统的光焦度和色散模型,进行了径向GRIN透镜与常规胶合透镜的消色差效果对比实验。实验结果表明,径向GRIN透镜可以实现在波长范围486—656 nm良好的消色差功能,且消色差效果明显优于常规胶合透镜。径向GRIN透镜的弥散斑在艾里斑内,镜头聚焦情况良好,像差基本矫正且达到衍射极限,符合消色差透镜的良好成像要求。     

超高斯光束经有方环光阑透镜的传输特性

本文详细研究了超矿山斯光束经有方环光阑透镜的传输特性,讨论了遮拦比、球差和超高斯光束的阶数对光强分布的影响。研究表明,使用负球差聚焦透镜可获得比无球差透镜在实际焦面上可聚焦性更好、能量更集中的光束。     

超高斯光束经光阑球差透镜后的光束质量评价

以桶中功率(PIB)、β参数和η参数为激光光束质量评价参数,对超高斯光束经有方环光阑球差透镜后的光束质量作了详细的研究。大量数值计算和物理分析表明,超高斯光束经有方环光阑透镜后的光束质量与方环遮拦比、透镜球差和超高斯光束的阶数等因素有关。采用适当的负球差透镜,在实际焦面上可得到最大的PIB,η值和最小的β值,从而获得比无球差透镜更好的光束质量,甚至使β1。     

超高斯光束经光阑球差透镜后的光束质量评价

以桶中功率(PIB)、β参数和η参数为激光光束质量评价参数,对超高斯光束经有方环光阑球差透镜后的光束质量作了详细的研究.大量数值计算和物理分析表明,超高斯光束经有方环光阑透镜后的光束质量与方环遮拦比、透镜球差和超高斯光束的阶数等因素有关.采用适当的负球差透镜,在实际焦面上可得到最大的PIB,η值和最小的β值,从而获得比无球差透镜更好的光束质量,甚至使β＜1.     

热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究

研究了激光晶体热透镜的球差效应对谐振腔的输出光束质量、腔内损耗和输出功率等特性的影响。通过对二极管端面抽运条件下激光晶体的热效应进行分析,计算了热透镜球差系数的大小,得到了激光晶体热透镜球差系数与抽运光功率和振荡激光半径间的函数关系。实验验证了球差效应对激光谐振腔中基模光束质量的影响,与理论分析符合得很好。     

高斯光束通过环状球差透镜后的光束质量

以桶中功率(PIB)及β值为光束质量评价参数,分析了环状球差透镜的遮拦比、球差系数等参数对高斯光束光束质量的影响。值得指出的是:(1)由于焦移,在实际焦面比几何焦面上可得到更大的PIB;(2)适当选用负球差环状透镜可实现β1,于是可获得比通过无球差环状透镜更高的能量集中度。     

非球面齐明透镜的设计

鉴于过去文献只对非球面消球差透镜做了分析,根据初级像差理论给出了非球面齐明透镜(同时消球差和彗差)初始结构的求解方法,包括非球面齐明单透镜和非球面齐明双透镜的求解方法;并利用Zemax光学设计软件验证了这种求解方法的正确性.通过大量的计算给出了各种关系曲线,并分析了相对口径与透镜球差的变化关系,这些分析对光学系统的设计都是有益的.     

像的解卷处理在球差校正场发射高分辨电子显微镜中的应用

自Haider等人成功地将CM200场发射透射电镜改造成球差校正电镜以来，越来越多的人致力于相关的电镜技术及实验研究。在200kv的场发射透射电镜中，加入两个能产生可调性负球差的六极校正系统，使总球差系数Cs减小为0甚或为负。当Cs接近于零时，由CTF曲线(图1)可知，     

彩色显示管矫正透镜曲面设计

首先对彩管矫正透镜曲面进行了圆弧近似假设，然后根据透镜的工作原理，总结出透镜曲面的经验计算公式，提出了矫正透镜的计算过程和设计方法，同时还提出了矫正透镜的修正计算公式和修正方法。     

一种获得平顶激光光强分布的方法

从Huygens-Fresnel衍射积分出发,计算高斯光束经过初级球差透镜聚焦之后的衍射光场.数值结果表明,当透镜的球差系数为负时,在聚焦光场的两个位置,得到了平顶激光光强分布.还讨论了透镜的菲涅耳数对平顶激光光强分布及其出现位置的影响.结果表明,透镜的菲涅耳数愈小,出现平顶激光光强分布的位置愈往聚焦透镜移动.并且,当透镜的菲涅耳数较小时,平顶激光光强分布的顶部呈现光强调制.计算结果表明,负球差透镜可作为获得平顶激光光强分布的简单方法.