X射线同轴全息术中像差的数字模拟

给出了Ｘ射线同轴全息中像差的数值模拟，分别研究了其三级波差和光线像差，用一个较为简便的方法计算出光线像差，给出了类似于光线追迹中的点列图，并由此相应地估计出像差对分辨率的限制，所有的计算都是基于一个典型的Ｘ射线激光全息实验听参数进行的，根据分析还讨论了减小像差的条件。     

光栅波像差对脉冲压缩的影响

 采用光线追迹的方法，对脉冲压缩光栅系统波像差进行理论研究，构建了有像差脉冲压缩光栅对分析模型，使用该模型通过模拟计算得出了波像差对脉冲压缩效果的影响。理论分析结果表明：脉冲压缩光栅系统最大波像差不大于λ/4时，脉冲压缩比的最大变化率约为2%。脉冲压缩光栅对系统达到衍射极限时，在选择适当的入射角度时,光栅波像差所引起的脉冲压缩比变化并不大。     

光束斜入射的折反射组合光学系统的像差计算

基于平面对称光栅反射镜系统的像差理论,根据光学元件材料折射率对成像光束波像差进行修正,将像差理论扩展到平面对称折射光学系统,使得该理论可应用于光束斜入射的折反射组合光学系统的像差计算;指出在折反射组合光学系统中考虑物像方空间折射率的关系,以及入射角方向的定义,使得波像差的计算表达式保持统一;应用扩展后的像差理论对折反射椭球镜面形检测光学系统进行像差分析计算,并与Zemax光线追迹结果进行对比,验证波像差理论的有效性。该像差理论为光束斜入射的折反射组合光学系统的设计、像质评价及优化提供了有效的分析手段。     

奇对称型相位板波前编码成像系统的点列图分析

基于几何光学理论利用光线追迹方法得到了适用于任意面型相位板的大视场平行光入射情况下的光线像差近似表达式,并在此基础之上分析了奇对称型相位板波前编码系统的点列图的大小、边界以及光线结构等特性,研究了大视场角平行光入射下的光线像差增强及点列图形变等现象,并且给出了相应的近似数学解析式来描述这些特性。通过对奇对称型相位板波前编码成像系统的点列图特性分析,有助于进一步的理解波前编码技术并且指导实际系统的设计。     

面向经济公差应用的波像差拟合研究

利用二阶泰勒形式表示公差与波像差的函数关系，依据差分光线追迹法，通过光线追迹理论推导完善了偏心和倾斜两种公差关于波像差的一阶导数计算公式，利用依次求导和公式移项两种方法建立波像差的二阶导数模型。结果表明：依次求导法的求解过程复杂，应用范围受到限制，只可用于光学后截距分析；公式移项法所需的追迹像质次数少，且拟合效果良好，残差平方和处于10^-7～10^-6量级；所提方法可对光学系统进行有效的经济公差分配。     

Offner成像光谱仪建模及像差分析

利用光线追迹方法得到系统的数值模型,然后运用级数展开方法,建立起系统的3阶解析模型,亦即3阶像差理论.该模型给出系统像差系数和计算系统点列图的解析表达式,可适应于包含变间距凸面光栅的系统,并具有良好的扩展性.通过追迹示例Offner系统中10000条不同波长、不同高度的光线,结果表明运用解析模型可以快速而准确地生成系统...     

基于遗传算法的全息光栅逆向优化设计

光栅是单色仪的核心器件,光栅的像差校正能力对单色仪性能有着决定性作用.本文研究了基于光线追迹点列图数值分析的遗传算法实现,建立了针对全息光栅成像质量的评价函数,并利用遗传算法实现了全息光栅的优化设计.结果表明,利用遗传算法可以简化求解过程,降低最优参量的误差,并克服局部极值的问题,明显优于阻尼最小二乘法.     

基于遗传算法的全息光栅逆向优化设计

光栅是单色仪的核心器件,光栅的像差校正能力对单色仪性能有着决定性作用.本文研究了基于光线追迹点列图数值分析的遗传算法实现,建立了针对全息光栅成像质量的评价函数,并利用遗传算法实现了全息光栅的优化设计.结果表明,利用遗传算法可以简化求解过程,降低最优参量的误差,并克服局部极值的问题,明显优于阻尼最小二乘法.     

李变换方法在超环面光栅成像理论中的应用

应用李变换方法研究了超环面光栅的成像及其像差,介绍了李变换基本原理.光栅成像过程可分成五个部分,分别对应五个李变换;其中最重要的变换就是超环面光栅的衍射李变换.利用这五个李变换推导出了超环面光栅的成像公式,并应用光线追迹,对研究结果进行了验证,说明了李变换的方法能准确地描述超环面光栅的成像.该方法可以处理平面光源,能计算远离子午焦平面处的像差.李变换方法导出的成像公式描述了像平面坐标与物平面坐标、方向余弦之间的函数关系,体现了物空间变量与像空间对应变量之间映射关系.     

基于相位测量偏折术的透镜波像差检测方法

根据逆哈特曼检测原理建立了逆光线追迹模型,对透射相位测量偏折术系统进行了分析,并提出了可适用于透镜或成像镜头波像差测量的计算方法。在波像差定义的基础上,通过计算正逆模型光程差的对比在原理上验证了此方法的可行性,通过模拟计算验证了本方法的有效性。结合实际光线标定、系统模型追迹和N步相移算法得到了实际透镜的波像差。在实验中测量一个平凸透镜的波像差,并与干涉仪的测量结果进行对比,两者测得的波像差的RMS差仅为0.03μm,验证了此方法能够精确地测量透镜的波像差。结果表明,本方法具有装置简单、成本低、计算原理简单等优点。在无需干涉仪的前提下,为测量透镜的波像差提供了一种新的离线或在线/在位检测手段。     

Thermal optical path difference analysis of off-axis lens ray trace foot-print

The optical system lens temperature difference will cause optical aberration increase. This study is applying finite element method (FEM) and optical ray tracing; calculate off axis ray thermal optical path difference (OPD). The optical system temperature distribution is calculated from finite element simulation result and weighting temperature to each optical ray path. The simulation result shows off-axis ray major thermal optical aberrations are tilt and piston at this study.     

X射线用Kirkpatrick-Baez显微镜成像质量的研究

 对惯性约束聚变的一种重要诊断方法-Kirkpatrick-Baez型结构显微镜成像方法进行了研究。计算了Kirkpatrick-Baez型结构显微镜的主要像差，并分析得出：造成轴上点像差的主要因素是球差，占像差的94%。基于光线追迹方法模拟出这种结构的成像过程，比较了不同反射镜长随视场变化对物面分辨率的影响，发现为了保证物面的空间分辨率能达到ICF研究要求视场应尽量控制在200 μm以内。最终得出能量在8 keV、视场为200 μm，分辨率小于10 μm的Kirkpatrick-Baez型结构的模型。提出在装调过程中重要公差计算方法，得到数值孔径为0.003 7时，角度装调公差应在-0.087°~0.067°范围内。     

新型无象差展宽器色散量的光线追迹计算法

对无象差展宽器的结构进行了改进,利用光线追迹法计算了其色散量,分析了展宽结果与展宽器各参量的关系,数值模拟了飞秒脉冲的展宽过程,为该展宽器的优化设计与精细调节提供了依据.     

新型无象差展宽器色散量的光线追迹计算法

对无象差展宽器的结构进行了改进，利用光线追迹法计算出其色散量，分析了展宽结果与展宽器各参量的关系，数值模拟了飞秒脉冲的展宽过程，为该展宽器的优化设计与精细调节提供了依据。     

辛几何算法在计算非磁化等离子体中波传播轨迹时的应用

为了在数值计算中保持哈密顿系统的辛几何结构不变,利用辛几何算法得到了在线性哈密顿系统中射线追踪方程的一般辛差分格式。通过具体算例,利用辛几何算法计算了波在非磁化等离子体中的传播轨迹,并且与传统Runge-Kutta-Fehlberg算法所得结果进行了比较。利用辛几何算法所得传播轨迹与解析解一致,其色散函数值的误差随时间线性增长,能在长时间内保持色散函数值在一个很小的误差范围内。利用传统的Runge-Kutta-Fehlberg算法所得传播轨迹与解析解不一致,其误差随时间做大幅振荡增加。计算结果表明辛几何算法在保持传播轨迹和色散函数值方面具有独特的优势。     

汉折射波片用于发散光束的偏振像差分析

本文利用光线追迹法,对双折射波片用于发散光束的偏振像差进行了分析,并以标准1/4波片为例,给出了小角入射时的近似处理方法.     

机械刻划光栅的光线追迹方法

为了评价光栅的光谱质量,完成所设计光栅的光线追迹,针对机械刻划光栅的光线追迹提出了一种改进方法.在费马原理的基础上利用光程函数法得到入射光通过光栅后的光谱分布情况,再使用传输矩阵的计算方法构造出光谱的点列图.该方法适用于刻划在平面、球面和非球面基坯上的等间距和变间距光栅,光栅的光谱面可以为平面或者二次曲面. 通过刻划在非球面基坯上的凹面光栅验证了光线追迹方法的可靠性.     

Characterization of aplanatic hologram lenses for optical disk pick-ups

Imaging characteristics for holographic objective lenses application to optical disk pick-ups was analyzed by a comparison between flat and spherical aplanatic hologram lenses with the aid of the third order aberration theory and ray tracing method. The aplanatic hologram lens image field was 0.5 deg for NA=0.5 with focal length f=5 mm under the Marechal criterion. The results indicates that the aplanatic hologram lenses are feasible for optical disk applications.     

Aberrations of plane-symmetric multi-element optical systems

Based on a recently developed aberration theory of plane-symmetric grating systems, its aberration coefficients are firstly extended to be applicable to the plane-symmetric refractive optical surface. To justify the linear approximation of aperture ray in a multi-element system, the ray aberrations of double-element systems with the third-order accuracy of aperture ray are derived and expressed as the form of wave aberrations. The numerical comparisons are then made between the ray tracing, the aberration expressions with the linear and with third-order accuracy of the aperture ray. Moreover, the modifications of the wave and ray aberrations are discussed in the paper when the position of the principal ray changes.     

减小球差的环带透镜设计

根据光线经过折射面后像距和折射面参数之间的关系,将折射面划分为若干同心圆环,各圆环之间沿光轴有一定的轴向间隔。一束平行于光轴的光线入射后,经过不同部分光线的像点相互重叠从而使球差减小。根据上述思想用单透镜构造一个透镜称为环带透镜,然后以环数为2的透镜为例用CODE V进行像差分析。和双胶合透镜比较得出:环带透镜的球差、波像差以及轴上点的弥散斑优于胶合透镜,同时光学传递函数指标提高,接近衍射极限。