非圆柱形发散梯度折射率棒透镜光线传播轨迹的解析解族

本文研究光线在具有非圆柱形等折射率面的发散型梯度折射率棒透镜中的传播规律,提出在轴向弱非匀条件(即dg~(-1)(z)/dz<<1下近轴子午光线轨迹的一种解析表达式.从该解析式的解析解,棒透镜梯度参数g(z)所满足的条件出发,导出棒透镜的折射率分布族.文中给出了两个线性无关的光线传播轨迹的解析解族,并以一种发散型棒透镜为例讨论了近轴成像特性.     

方形自聚焦透镜折射率分析

利用MATLAB 偏微分方程工具箱(PDE)实现方形玻璃纤维边界条件下离子扩散的有限元解法,给出一般步骤,对离子交换制备方形自聚焦透镜过程进行计算机模拟.运用分离变量法求解方形玻璃纤维中Tl+离子浓度定解方程,由离子浓度与折射率的线性关系,得到了方形自聚焦透镜折射率分布的数学表达式,计算出折射率分布图以及理论值.与实验值校验表明,相对误差小于0.33%.     

一维自聚焦透镜及其应用

利用平板自聚焦透镜材料进行离子交换,制成一维自聚焦透镜.分析了平板自聚焦透镜的离子交换原理和折射率分布形成过程,测量了不同厚度时,折射率分布常量A的值.介绍了透镜的应用,并用一维自聚焦透镜制成小型半导体激光器耦合器件.     

一种聚焦的光学纤维透镜

在本世纪六十年代末期,国际上出现了一种聚焦的光学纤维[1、2],命名为自聚焦纤维(Selfoc),它和普通的光学纤维结构不同,没有外套层,它的折射率分布自轴沿半径方向逐渐变小,所以它的传光原理也不是光的全反射.这种纤维的传光效率高,能够聚光、成像,类似于光学系统的透镜.透镜是用改变厚度的方法来改变光程,使传播的光线曲折,而自聚焦纤维则是用改变折射率的方法来改变光程,同样使传播的光线曲折(图1),这两种结构不同的光学元件都能使物象之间的对应点达到等光程,所以它们的作用是基本相同的. 一、光线在纤维中的轨迹 自聚焦纤维的折射率分布…     

梯度折射率球透镜的制备及其光线轨迹测试

自麦克斯韦鱼眼透镜理论模型提出后,长期以来学术界一直以为它只是一种绝对光学仪器,在实践中并没有应用的可能。但通过对麦克斯韦鱼眼微球透镜的理论研究表明,在一定条件下,它具有良好的成像性能和耦合效率。根据菲克定律推导出梯度折射率球透镜的折射率分布函数。并且熔制了含Li+硅酸盐玻璃和采用槽沉法以及Na+/Li+离子交换法制备直径为0.3—3.0mm的梯度折射率球透镜。通过干涉法测得了梯度折射率球透镜的折射率分布曲线,并研究了光线通过梯度折射率球透镜的轨迹。研究结果表明:在590℃,离子扩散系数为3.07×10-6mm2/s;所制备的梯度折射率球透镜的折射率分布是抛物线分布,并且和理论分析相吻合;梯度折射率球透镜的光线轨迹满足椭圆方程。     

锥形自聚焦纤维光线追迹计算方法

自聚焦(selfoc)纤维,也称梯度折射率(graded index)纤维,是一种新型光学纤维。一根自聚焦纤维,就相当于许多个微型透镜的组合,它可以把物空间内物体的象,在自聚焦纤维内经多次成象而得到传递^<1>。由于自聚焦纤维内折射率分布是不均匀的,所以光线在其内的传播不是直线,而是沿曲线传播。此曲线称为光线的光迹,也可以称此曲线为光线。自聚焦纤维光线追迹问题,就是为了确定光线在其内传播的光迹,以便进一步研究自聚焦纤维传递光线和图象的规律和性能,为研制和应用新的自聚焦纤维提供数据。     

制作锂玻璃自聚焦透镜的离子交换工艺的研究

本文分析了用一次离子交换工艺制备的自聚焦透镜的径向折射率分布规律,计算了所能获得的最佳分布及工艺条件.并提出在熔盐中加Li~+及分阶段离子交换的新方法.计算表明,用改进后的新工艺制备的自聚焦透镜,其折射率分布可以得到明显的改善.     

非均匀媒质透镜中的高斯光学

一、前言一般透镜,采用折射率为常数的均匀媒质,光线在媒质中是直线传播,因不同介质间的球形界使光线折射而产生透镜作用。近年来非均匀媒质透镜引起了人们的重视。特别是折射率沿径向变小的自聚焦透镜,     

焦距法测试自聚焦透镜折射率分布常数

本文介绍了一种测量自聚焦透镜折射率分布常数的方法─—焦距法，并进行了原理公式推导，和精度分析，其测量不确定度为±１×１０￣（－３）；其次，简要地介绍了实验方法。实验结果证明了焦距法是测量自聚焦透镜折射率分布常数的简单实用的方法，它具有装置简单、数据处理也不复杂的特点，是一种非破坏性的测试方法。     

自聚焦透镜离轴耦合损耗理论研究

利用光线光学的原理分析了自聚焦透镜的光学性能,提出了求解自聚焦透镜离轴耦合损耗的数学模型,利用这一模型计算出了单模光纤与自聚焦透镜离轴耦合时的耦合损耗与模向距离的关系曲线,为自聚焦透镜离轴耦合的设计提供理论依据.     

梯度透镜折射率分布高次项系数的数值计算

本文从光线方程出发,给出了一系列利用径向梯度透镜球象差进行数值计算求解折射率分布高次项系数的公式及测量计算结果。     

方形自聚焦透镜5×5阵列的成像特性

采用离子交换工艺和精密加工技术制作了方形自聚焦透镜5×5阵列,并对其成像特性进行研究。结果表明：方形自聚焦透镜阵列相对于圆形孔径阵列而言,能有效增大填充系数,提高受光面积,其多重像和综合像的像质均匀,成像质量好。分析了导致多重像偏离和综合像变形的原因,并给出解决这一问题的关键技术。     

Superhigh numerical aperture (NA > 1.5) micro gradient-index lens based on a dual-material approach

We describe a novel scheme for obtaining a superhigh numerical aperture gradient-index (SHNA GRIN) lens from multiple thin layers of two or more materials with large refractive-index contrast. Design procedures for the lens are described, including variation of the layer thickness to achieve focusing and of the thickness limit to reduce scattering loss. We use an exact numerical solution by the finite-difference time-domain method to evaluate the lens's performance. Specific examples of a SHNA GRIN lens with a SiO2-TiO2 material system designed for fiber coupling to a nanowaveguide are shown to have focusing FWHM spot sizes of 0.53-0.7 microm at lambda =1.55 microm (corresponding to a NA of approximately 1.6-1.1) with 2.7-2.4% more loss than an ideal continuous index profile GRIN lens. With this approach, a SHNA GRIN lens with a NA of > 1.5 and a length of <20 microm can be achieved with currently available thin-film deposition techniques.     

Performance evaluation of GRIN lenses by ray tracing method

Plastic gradient-index lenses produce clear images with negligible aberration and distortion. One of the methods for fabricating these lenses involves pulling up the core fiber vertically from a polymer solution whose refractive index has been adjusted to the desired value. Since the molecules from the solution diffuse into the inner layer, the monomer components are distributed in the radial direction. The monomer distribution is fixed in the photopolymerization process, and this forming process is repeated several times with adjusting the composition of the solution; hence, a specific refractive index distribution is obtained. We considered a numerical model of the interdiffusion process and analyzed refractive index distribution that could well reproduce the experimental results. Moreover, we employed the ray tracing method to calculate the modulation transfer function and used the transfer function to evaluate the GRIN lens performance. Simulation results showed that our evaluation method well duplicates the experimental results. We thus developed an integrated simulation method for the fabrication and performance evaluation of GRIN lenses.     

应用场光线传递方程计算鱼眼镜头像场像差

应用场光线传递方程,从鱼眼镜头的孔径光阑处,逆向追迹场光线传递方程,确定任意视场角场光线的初始位置,即光阑球差.正向追迹场光线计算鱼眼镜头系统物、像空间视场角之间的关系曲线;用多项式拟合求出关系曲线的解析表达式.通过反演运算,根据畸变图像复原物的图像分布,达到消除鱼眼镜头成像系统畸变的目的.最后,计算了一个160°鱼眼镜头光学系统的光阑球差和图像的畸变,并应用本文方法复原物的图像分布.计算结果表明:光阑球差的计算结果与真值的相对误差小于1%;复原的物方图像径向高度相对误差小于0.25%,说明本文计算鱼眼镜头像场像差的方法是可行的.     

锥形梯度折射率纤维的成像特性

本文从光线轨迹方程出发,推导了锥形梯度折射率纤维的物像关系式,并得出了它的等效焦距和主平面位置。在m=0(即圆柱形梯度折射率纤维)时,这些公式就简化为已知的形式。文中还讨论了锥形梯度折射率纤维的孔径,同时给出了它的成象相片。 关键词：     

球面端面的锥形梯度折射率透镜的近轴成像特性

本文根据光线在球面上的折射公式及光线微分方程,研究了光线经两端面为球面的锥形梯度折射率透镜的传播和变换,基于光线传递ABCD矩阵,提出了球面端面的锥形梯度折射率透镜的一种等效光学系统.文中给出了该透镜的主平面、焦平面和焦距计算公式,以及近轴成像高斯公式.当锥度为零时即得到球面端面的柱形或径向梯度折射率透镜的相应结果.     

Aspherical lens shapes for focusing synchrotron beams

Aspherical surfaces required for focusing collimated and divergent synchrotron beams using a single refractive element (lens) are reviewed. The Cartesian oval, a lens shape that produces perfect point‐to‐point focusing for monochromatic radiation, is studied in the context of X‐ray beamlines. Optical surfaces that approximate ideal shapes are compared. Results are supported by ray‐tracing simulations. Elliptical lenses, rather than parabolic, are preferred for nanofocusing X‐rays because of the higher peak and lower tails in the intensity distribution. Cartesian ovals will improve the gain when using high‐demagnification lenses of high numerical aperture.