具有准单级聚焦特性的梯形波带片（英）

为改进用于X射线聚焦的二值化Gabor波带片目前所存在的结构复杂、不利于加工制作的问题,在不改变梯形透过率函数的前提下,通过将传统的梯形孔基元变为平行四边形基元应用于波带片的设计之中,提出了一种聚焦效率更高的具有准单级聚焦特性的波带片。理论推导显示,该波带片除了像Fresnel波带片一样能够消除偶数级的焦点外,还可以消除3q级（q为整数）的焦点,1/m4（m为焦点级数）的效率衰减系数也使得高级衍射得到了很好的抑制。MATLAB数值模拟的结果证明,该波带片的特性不仅满足以上推论,还具有比Fresnel波带片和环带扇形基元阵列波带片更低的背景噪声,可以看作是一种准单级聚焦的新型波带片。此外,在同一波带内,这种基于平行四边形基元孔的波带片设计的透光区始终保持各处的径向宽度为该波带的一半,且扇区结构简单一致,能够降低不少加工难度,易于推广应用。     

具有准单级聚焦特性的梯形波带片（英文）

为改进用于X射线聚焦的二值化Gabor波带片目前所存在的结构复杂、不利于加工制作的问题,在不改变梯形透过率函数的前提下,通过将传统的梯形孔基元变为平行四边形基元应用于波带片的设计之中,提出了一种聚焦效率更高的具有准单级聚焦特性的波带片。理论推导显示,该波带片除了像Fresnel波带片一样能够消除偶数级的焦点外,还可以消除3q级(q为整数)的焦点,1/m~4(m为焦点级数)的效率衰减系数也使得高级衍射得到了很好的抑制。MATLAB数值模拟的结果证明,该波带片的特性不仅满足以上推论,还具有比Fresnel波带片和环带扇形基元阵列波带片更低的背景噪声,可以看作是一种准单级聚焦的新型波带片。此外,在同一波带内,这种基于平行四边形基元孔的波带片设计的透光区始终保持各处的径向宽度为该波带的一半,且扇区结构简单一致,能够降低不少加工难度,易于推广应用。     

自支撑二值化Beynon-Gabor波带片的制备及其单级聚焦特性

Gabor波带片是一种理想的单级聚焦光学元件,但制备困难.本文采用聚焦离子束直写技术成功制备出30环、20扇区的二值化Beynon-Gabor波带片,其有效面积半径为700μm,第一环半径90μm.利用各向异性腐蚀液对硅基底进行开孔,实现了Beynon-Gabor波带片二值化、自支撑、镂空的结构特征.在波长为355 nm的激光下测试其光学性能,结果表明所制备的Beynon-Gabor波带片主光轴上只存在1级衍射叠加后的焦点,不存在高级衍射焦点,具有优异的单级聚焦性能.     

螺旋型波带片聚焦特性研究

提出了一种计算螺旋型波带片聚焦特性的方法。从衍射积分理论出发对螺旋型波带片的聚集特性进行了理论计算,推导出了级数形式的解析解,获得了螺旋型波带片"空心"焦点的场强分布。利用螺旋型波带片的聚焦特性,对其成像进行了数值模拟和理论分析。理论分析表明螺旋型波带片的空间分辨率与其"空心"焦点的环宽有关。通过验证实验证明理论分析与实验测试一致,为螺旋型波带片成像理论和模拟计算提供了一种有效手段。     

高斯光束经相位连续变化型波带片的衍射特性

 根据瑞利-索末菲标量衍射理论分析了相位连续变化型波带片对高斯光束的衍射特性。在高斯光束入射下,对相位连续变化型波带片光轴和焦平面上的太赫兹强度分布特性进行了模拟,分析了入射光束的束腰半径和束腰位置对衍射场的影响,并与平面波入射的情况进行了对比。数值结果显示,相位连续变化型波带片可以实现对高斯分布太赫兹波的聚焦。相位连续变化型波带片的衍射规律与薄透镜的聚焦规律相似。通过合理调整束腰与波带片之间的距离可以保证衍射效率在85%以上。与平面波相比,高斯光束入射下的焦点处中心场强较小,但衍射效率较高。     

基于角谱法的振幅型光子筛的设计和分析

对光子筛的聚焦成像原理作了分析,并用平面波角谱方法对光子筛聚焦成像进行了数值模拟.模拟结果表明,光子筛聚焦具有提高分辨率和抑制高级衍射的优点.在理论分析和计算机模拟的基础上,设计并制作了Fresnel波带片、未平滑处理和平滑处理后的光子筛.用波长为532 nm激光光源对波带片和光子筛聚焦光斑进行检测.结果表明,光波通过光子筛聚焦后的光斑比波带片的光斑更细,成像对比度更高.     

软X射线聚焦波带片相对衍射特性的实验研究

通过测量软X射线相位型和振幅型聚焦波带片的一级衍射强度,实验得到了自行研制的两种相位型软X射线聚焦波带片的相对衍射特性。测量实验装置简单,调节相对容易。选择合适的针孔大小可使得接收信号有足够的信噪比。对波带片聚酰亚胺衬底的厚度进行了归一化。分别将3个镍和锗波带片的一级衍射强度与金波带片进行了比较。在3.2nm工作波长,研制的镍、锗软X射线相位型波带片的平均一级衍射效率分别是软X射线振幅型金波带片一级衍射效率的1.60和1.26倍,与理论值1.77和1.34很接近。测试结果表明,我们制作的相位型波带片具有较高精度。     

紧聚焦条件下的轴向双焦点波带片EI北大核心CSCD

基于紧聚焦条件下的矢量衍射理论推出了一个解析解形式的环半径公式,利用此公式设计得到的二元相位波带片可以使入射光的紧聚焦区域呈现轴向双焦点分布。并且,公式中的两个焦点的轴向距离和环半径直接相关,可以设计一系列的具有不同轴向距离的二元相位波带片,用来调制高数值孔径物镜,使其产生轴向可调的双焦点。以径向偏振贝塞尔-高斯光束为例,数值模拟了在不同轴向偏移距离的二元相位波带片的调制下的紧聚焦场的空间强度分布。数值模拟结果表明,基于此类二元相位波带片可以成功地实现轴向距离可调的双焦点。此外,利用一些具有特殊轴向距离的二元相位波带片,还可产生"光泡"与"光针"等特殊的紧聚焦场分布。因此,此类二元相位波带片有望应用于微粒子的动态操控与捕获。     

紧聚焦条件下的轴向双焦点波带片

基于紧聚焦条件下的矢量衍射理论推出了一个解析解形式的环半径公式,利用此公式设计得到的二元相位波带片可以使入射光的紧聚焦区域呈现轴向双焦点分布。并且,公式中的两个焦点的轴向距离和环半径直接相关,可以设计一系列的具有不同轴向距离的二元相位波带片,用来调制高数值孔径物镜,使其产生轴向可调的双焦点。以径向偏振贝塞尔-高斯光束为例,数值模拟了在不同轴向偏移距离的二元相位波带片的调制下的紧聚焦场的空间强度分布。数值模拟结果表明,基于此类二元相位波带片可以成功地实现轴向距离可调的双焦点。此外,利用一些具有特殊轴向距离的二元相位波带片,还可产生"光泡"与"光针"等特殊的紧聚焦场分布。因此,此类二元相位波带片有望应用于微粒子的动态操控与捕获。     

菲涅尔波带片对高斯光束的变换

从波带片的特性出发研究高斯光束通过波带片的聚焦特性。用失调望远系统的失调量变化调节出射光束聚焦点的位置，并对聚焦点的变化范围和光斑大小进行描述，最后对波带片对高斯光束聚焦特性进行评价。     

Design and investigation of fraction Fresnel zone plate

This paper presents a design method of fraction Fresnel zone plates(FFZPs), a new kind of binary optics elements, by using the vibration vector method. The anti-diffraction character of fraction Fresnel zone plates was investigated. The propagation distance of radiation beams with high intensity can be prolonged by using FFZPs.     

Absolute interferometric test of Fresnel zone plates

An absolute interferometric test of two-level binary Fresnel zone plates (FZPs) is presented. Five measurements with a wavefront testing interferometer are required to fully separate interferometer errors from those of the FZP. The method provides both errors, pattern errors and surface figure errors of the zone plate absolutely. The test method is suitable for zone mirrors and zone lenses. Test setups are explained, equations are derived and experimental results are presented. Further, applications of the absolute diffractive test method are described. For the estimation of the accuracy of the diffractive calibration method a comparison with the classical three-position test was carried out.     

Phase zone photon sieve

A novel diffractive optical element, named phase zone photon sieve (PZPS), is presented. There are three kinds of phase plates in PZPSs: PZPS1, PZPS2, and PZPS3. Each of the PZPSs has its own structure and is made on quartz substrate by etching. The three PZPSs have stronger diffraction peak intensity than a photon sieve (PS) when the margin pinhole and zone line width are kept the same. The PZPS3 can produce a smaller central diffractive spot than the ordinary PS with the same number of zones on the Fresnel zone plate. We have given the design method for and the simulation of PZPS and PS. PZPS has potential applications in optical maskless lithography.     

X光Gabor波带片编码成像技术实验研究

 基于星光II实验装置进行了Gabor波带片编码成像探索性实验研究。采用束匀滑光斑三倍频激光打靶，辐照专门设计的ＣＨ埋金属条靶（共两种），产生了有明确形状、边缘清晰的等离子体。研制了专门的Gabor波带片编码相机，并利用该相机采用单张胶片对不同的靶目标在不同的深度层次上曝光的技术，获得了具有深度层次信息的三维激光等离子体编码像。利用数值重建技术对实验所获得的图像解码，最终获得了在不同深度层次上的激光等离子体信息。     

连续相位变化毫米波衍射天线

基于菲涅尔原理及卡塞格伦天线设计方法,设计了一种口面直径为200 mm的卡赛格伦菲涅耳相位修正平面天线。天线采用连续相位修正方式,由一组同心菲涅耳相位修正圆环组成,与传统卡赛格伦抛物面天线相比,该天线具有平面化结构,大大减小了天线自身重量,天线辐射性能较离散相位衍射天线有大幅度提高。在95 GHz频率下,采用物理光学法进行仿真计算,并采用近场扫描系统进行了天线性能测试,天线3 dB波束宽度分别为0.95及1.05,天线实测增益为44.1 dB,天线口面效率为65%。     

Axial intensity distribution behind a Fresnel zone plate

An analytical expression based on an improved Rayleigh–Sommerfeld diffraction formula with evanescent term is derived for analyzing the axial light intensity distribution throughout the whole space behind a Fresnel zone plate. The effects of the number of Fresnel zones and the size of aperture on the axial intensity distribution are calculated for two kinds of Fresnel zone plate with larger and smaller aperture. The validity of the general formulae for calculating the focal lengths and the relative intensities of the foci of a Fresnel zone plate is analyzed.     

产生特殊聚焦图形的二元光学元件

通过面积编码将伽博（Gabor)波带片的透过率函数的余弦分布等效为二元分布，研制了能产生各种特殊聚焦图形的二元光学元件。根据透镜聚焦的物理原理制作的二元振幅型波带片可以方便地产生多种聚焦线，给出了相应的实验结果，并讨论了改善聚焦效果的优化条件。     

Improving the resolution of a solid immersion lens optical system using a multiphase Fresnel zone plate

We propose a method to improve the resolution of near-field optical system with a solid immersion lens by using a multiphase level Fresnel zone plate. The analyses are based on scalar angular spectrum theory. The results show that the multiphase Fresnel zone plate can not only decrease the spot size but also decrease the sidelobe intensity and enhance greatly the diffractive efficiency compared with annular amplitude filter or binary 2-, 3-, 4-zone phase filter.