线宽误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响

基于标量衍射理论,首先得出存在线宽误差情况下4阶菲涅耳透镜衍射效率的解析式;并以 4阶、8阶和16阶菲涅耳透镜为例,进行计算机模拟计算并系统分析线宽误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响。通过实验测量16阶菲涅耳透镜的线宽误差,分析其对16阶菲涅耳透镜衍射效率的影响。模拟计算结果对多阶菲涅耳透镜的制作提供重要的理论指导。     

可编程菲涅耳相位透镜应用于多平面全息投影

研究了基于菲涅耳相位透镜实现多平面全息投影的方法,采用硅基液晶相位调制器建立了多平面全息投影系统.首先,利用可编程菲涅耳相位透镜代替傅里叶透镜,将计算机生成的相位全息图与菲涅耳透镜的相位结合;其次,基于时分复用和空分复用原理提出了加载菲涅耳相位透镜与相位全息图到相位空间光调制器上的两种方法;最后,讨论了在多平面全息投影中每个单一平面实现旋转物体动态360°视角显示的方法.实验结果表明:在距离硅基液晶分别为500、800、1 100和1 400mm处的四个重构平面可以获得全息投影图像;通过动态地改变菲涅耳相位透镜的焦距,可以实现多平面全息投影.     

衍射微透镜列阵在Shack-Hartmann波前传感器中的应用

菲涅耳衍射微透镜列阵是目前广泛应用的衍射光学元件之一,它是基于衍射原理,由计算机设计,并通过微细加工技术制作成的.本文介绍了8相位台阶菲涅耳衍射微透镜列阵的制作方法,并描述了一个用16×16微透镜列阵形成的小型 Shack-Hartmann 波前传感实验系统,用该系统可对入射波前进行测量和重建.     

表面反射对菲涅耳透镜的影响

使用薄膜沉积法制作16阶菲涅耳透镜,用它代替常规的光学透镜可实现系统的轻量化,小型化,并增加系统设计的自由度,在标量衍射理论的基础上,应用菲涅耳公式和傅里叶变换分析SiO2薄膜和基底的表面反射对菲涅耳透镜－1级衍射效率的影响,结果表明表面反射对菲涅耳透镜的成像质量影响较大,可以通过蒸镀增透膜来减小这种影响。     

菲涅耳微透镜列阵衍射效率的测试与分析

归纳了目前二元位相型菲涅耳微透镜列阵衍射效率测试中所用各种衍射效率的不同定义，提出规范定义的建议。并设计了测量衍射效率的系统，方法简单易行，适于测试具有微小单元尺寸的菲涅耳微透镜列阵的衍射效率。     

高衍射效率闪耀全息透镜

提出一种制作位相全息透镜－闪耀全息透镜新设计，利用它可使位相全息透镜的位相分布类似位相菲涅耳透镜，其衍射效率理论值可达９５％以上，但其制作过程要比位相菲涅耳透镜容易，文中给出了原理分析和实验验证，初步结果是令人满意的。     

菲涅耳声透镜聚焦性能的研究

本文从理论及实验上对斜面、弧面、相位补偿带板几种菲涅耳声透镜的聚焦性能进行了研究。先应用惠更斯-菲涅耳原理,采用较菲涅耳近似更高阶的近似方法,得出了适于计算大孔径透镜声场分布的数值计算公式;接着作了实验验证。理论和实验表明:上述几种菲涅耳透镜都具有较好的聚焦性能,焦区声场分布大致相同。在相对孔径为0.9,波长为1.41mm的条件下,横向分辨率为2mm,3dB焦深为17mm,第一旁瓣比主瓣下降17dB。     

菲涅耳微透镜行列阵衍射效率的测试与分析

归纲了目前二元位相型菲涅耳微透镜列阵衍射效率测试中所用各种衍射效率的不同定义，提出规范定义的建议。并设计了测量衍射效率的系统，方法简单易行，适于测试具有微小单元尺寸的菲涅耳微透镜列阵的衍射效率。     

大型菲涅耳透镜的设计和制造

介绍一种大口径六环组合光学玻璃大型菲涅耳透镜的光学设计原理、整体工艺方案、各个球面环带的工艺计算和加工方法 ;讨论了大型菲涅耳透镜的光学胶合以及整体扇型切割成型方法 ;给出了研制成功大型菲涅耳透镜的光学检测结果。     

菲涅耳衍射公式误差相位的讨论

根据波动光学的理论,对菲涅耳近场衍射公式误差相位的影响进行了分析。以单缝衍射为例,讨论了误差相位与计算精度的联系。结合菲涅耳线波带片焦面光强分布的计算,对比了菲涅耳衍射公式与基尔霍夫衍射公式的计算结果,说明在不满足误差相位近似条件下使用菲涅耳衍射公式带来的影响。最后对影响波带片焦面光强分布的几个因素进行了讨论。     

Toward the subdiffraction focusing limit of optical superresolution

A superresolving three-zone plate is applied to a Fresnel diffractive lens. It is shown that for radial incident polarization this combination produces a focal spot approaching superresolution allowed subdiffractive limit of 0.36lambda/NA for focusing. For media responsive to longitudinal field component only, our phase engineering scheme results in a focal spot size of 0.368lambda/NA. When used with a solid immersion lens, the scheme can generate the smallest focal spot available for passive optics.     

波长漂移对菲涅尔透镜影响的严格矢量分析

为了严格分析入射光波长相对相位型菲涅尔透镜的设计波长发生漂移时对其聚焦特性的影响,采用时域有限差分方法作为严格的矢量分析工具,得到了相位型菲涅尔透镜的光焦度与入射光波长以及衍射效率与入射光波长的关系曲线。仿真结果表明：与标量理论结果类似,菲涅尔透镜光焦度随入射光波的增加总体呈线性上升趋势,衍射效率随入射光波长漂移时设计波长下降,且衍射效率低于标量理论分析结果。     

基于衍射微透镜的光学加速度传感器设计

提出了一种基于菲涅耳衍射微透镜的新型光学加速度传感器,它能够解决导航系统中惯性传感器普遍存在的抗电磁干扰和电磁冲击能力差等缺陷。其传感原理是把一个反光膜平行地置于衍射微透镜的后方,加速度的变化会改变反光膜的位置,根据微透镜前方会聚点处光强的变化,感知加速度的大小。介绍了传感器及其动力学系统的工作原理,并对衍射微透镜和动力学系统的微弹性机械结构进行了设计和加工,最后对传感器的性能和误差进行了分析。原理验证性实验的结果表明这种新型光学加速度传感器的原理正确,并且结构简单,灵敏度高。     

Design of refractive/diffractive hybrid optical elements for beam shaping with large diffraction pattern

Diffractive optics is an important technique for beam shaping with high light efficiency and strong diffraction pattern flexibility. Since the diffraction angle is limited by the unit size of the diffractive optical element(DOE),the size of the required diffraction pattern is always rather small. In this Letter, refractive/diffractive hybrid optical elements(RDHOEs) consisting of a DOE and a lens are used to realize beam shaping for a large diffraction pattern. The lens, as the component of the RDHOEs, can not only be concave but also convex,and the double sampling Fresnel diffraction algorithm is developed for the design of these two types of RDHOEs.The simulation and experimental results provide solid evidence to demonstrate the proposed method with the pure phase spatial light modulator.     

菲涅耳透镜的制作及性能分析(对准误差的影响)

我们使用薄膜沉积法制作16阶菲涅耳透镜,其衍射效率接近87%.用它代替常规的光学透镜可实现系统的轻量化、小型化、增加系统设计的自由度.在标量衍射理论的基础上,应用菲涅耳公式和傅里叶变换分析SiO₂薄膜和基底的表面反射、对准误差以及入射角对16阶菲涅耳透镜衍射效率的影响.     

高衍射效率衍射望远镜系统的设计/加工及成像性能测试

为提高衍射效率,设计并制作了口径为300mm的衍射成像系统.该系统的物镜是由一块四台阶位相型菲涅尔波带片通过激光直写套刻和Ar离子束物理刻蚀技术在石英玻璃基板上加工而成.测试了衍射物镜的衍射效率,实验结果表明:衍射物镜在波长632.8nm处的衍射效率为66.4%,达到理论值的82%.搭建了衍射成像系统光路,分别采用10μm星点孔与分辨率板,测试了系统的成像性能.实验测得星点像直径为44μm,分辨率板的极限分辨率达到84lp/mm,接近该系统的理论计算值,表明该衍射成像系统具有较好的成像性能.     

菲涅尔波带片-球面结构透镜的成像分析

设计了一种新型的菲涅尔波带片 球面透镜。应用衍射光学方法,从理论上研究了这种透镜的变焦功能和分辨特性。数值结果表明,在衍射空间有两个焦点,改变波带数可以使两个焦点分开任意距离。当波带数足够大时,可以使透射空间只有一个向透镜方向迁移的焦点。与单一的透镜和单一的波带片相比,这种菲涅尔波带片 球面透镜的横向和纵向分辨率同时得到了提高。因此,这种新型的结构透镜可应用于三维成像。     

Characterization of T-ray binary lenses

Multilevel phase-shift Fresnel diffractive zone plates fabricated on silicon wafers have been used as T-ray imaging lenses. The imaging results, including spatial and temporal distribution of T-rays measured at the focal planes in the frequency range from 0.5 to 1.5 THz, indicate that the performance of the diffractive terahertz (THz) lens is comparable with or better than that of conventional refractive THz lenses. The unique properties of the T-ray binary lens make it possible to fabricate excellent optics for narrow-band THz applications.     

High-numerical-aperture focusing of radially polarized doughnut beams with a parabolic mirror and a flat diffractive lens

Recently, Dorn et al. [Phys. Rev. Lett. 91, 233901 (2003)] demonstrated the significance of radially polarized doughnut beams in obtaining very small focal spots (with an area of approximately 0.26 lambda2) with high-numerical-aperture (NA) aplanatic microscope objectives. We propose two simple alternative ways to focus such radially polarized beams: a parabolic mirror and a flat diffractive lens. Because of their large apodization factor for a high NA, a significant further reduction in spot area (up to a factor of 1.76 at a NA of 1) compared with the aplanatic system can be achieved.