强流电子束在螺线管透镜作用下的聚焦特性

本文研究了由1.5MeV直线感应加速器(LIA)引出的2～3kA强流脉冲电子束在螺线管透镜作用下的聚焦特性。理论上,利用推导的非线性轨迹方程、K-V包络方程及解析方法研究了空间电荷效应、发射度、透镜球面像差和色散像差对最小焦斑直径的限制并对聚焦实验布局和参数进行了优化选择。实验上,获得了直径5～6mm的最小焦斑(包含90％电子)。实验结果与理论预估基本一致。     

层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差

以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标,基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论,建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型,提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时,将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中,分析了多扫描视场下的初级波像差以及均方根（RMS）波前差,并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。所得研究结果对层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调实验具有理论指导和工程化意义。     

丰富测透镜焦距实验的内容

在普通物理光学实验中，焦距的测量通常使用单透镜作为待测透镜，但单透镜存在各种像差，会使测量结果的物理意义变得不清，对此本提出了一些改进意见。     

多层嵌套式X射线聚焦光学器件

针对X射线脉冲星导航与X射线空间通信的需求,对多层嵌套式X射线聚焦光学器件进行研制与实验标定。根据掠入射原理,对聚焦透镜进行理论设计,确定聚焦透镜的关键参数。讨论聚焦透镜的材料、镀膜等研制工艺。分别在可见光与X射线条件下测试了聚焦透镜的性能参数。结果表明测得可见光焦斑直径为14mm,X射线焦斑直径为20mm,在10m真空管道中测得光子能量为1.5keV时聚焦效率为30.2%,有效面积为2400mm2。     

双贴合无光焦度校正板在双球面镜次镜后的系统的像差特性研究

讨论了双贴合无光焦度校正板放在次镜后的双反射球面系统.根据像差理论分析了消像差的条件，研究了主镜的相对孔径变化、校正板在次镜后的位置变化以及无光焦度校正板的正负透镜的不同组合形式对系统高级残余像差的影响.结果表明：当主镜的相对孔径增加或校正板靠近次镜时，系统的残余像差增加；无论校正板的第一个透镜是正透镜还是负透镜，系统在某一光焦度处残余像差最小，并且靠近次镜的透镜最好采用负透镜.     

阴影像与眼像差仪的几何光学原理

Howland像差仪是一种由正负柱透镜中间夹着格栅组成的系统。它通过检出人眼透过像差仪所视的变形格栅图中的偏移变形量,来获得对应的人眼的波像差信息。建立了该系统的等效光学成像模型,从格栅所成阴影像的概念出发,得到其成像公式,给出人眼波像差计算方法。     

左手性介质平板透镜系统的赛德尔像差特性

根据初级像差理论广泛研究了由左手性介质构造的平板透镜系统的赛德尔像差特性.由初级像差加和定理推导了适合于这种系统的赛德尔和数公式，并指出了寻找消赛德尔像差的平板透镜系统的方法.作为两个特例,分别讨论了消赛德尔像差的左手性介质单透镜和双胶合透镜系统.     

像差对三镜型线聚焦滤波器效能影响的数值研究

线聚焦滤波技术能够大幅缓解甚至解决目前聚变装置中的等离子体堵孔效应及激光装置规模庞大等问题,在聚变激光装置中具有较广阔的应用前景。采用像差的衍射理论,分析了各类像差对三镜型线聚焦滤波器效能的影响。给定滤波系统中评判像差影响时采用的两个重要参量(输出光束的近场对比度及滤波狭缝的内边缘强度)及其容许范围;在滤波器中引入不同类型和大小的像差,根据参量的变化获得各类像差的容许值,并与传统的针孔滤波器进行对比。结果表明:透镜上存在的各类像差都会导致波面上产生各种非均匀的相位变化,并降低光束质量,而像差导致的弥散或形变也会使滤波狭缝内边缘的辐照强度发生变化,即随像差增大而不断降低。对三镜型线聚焦滤波器效能影响最大的像差来自于第一块柱面镜上的球差和场曲。     

四极透镜的三阶像差分析

用Lie代数方法推导了四极透镜的三阶像差.像差源于四极透镜场在轴向的有限分布.在一阶焦距不变的条件下,增加透镜的长度或增加透镜的孔径可以减小三阶像差     

细电子束像差与畸变参量非劣解中的最优解

以电子束偏转磁场的像差和畸变为目标，对参量进行非劣解中找出贴近理想的最优解。以SDS-3电子束曝光机的磁复合偏转系统为基础，分析了像差与电子束主轨迹的关系。并给出了磁聚焦和静电的偏转场相复合情况下竖轴的3级几何像差系数和1级色差系数公式。应用中表明，复合系统结构简单紧凑，像差小而可以不用动态校正。     

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。     

带像差校正功能的柔性变焦透镜

为了校正柔性变焦透镜变焦过程中出现的光学像差,提出了一种带校正像差功能的柔性变焦透镜。所提透镜由变焦模块和基于压电致动器的像差校正模块组成。制备了变焦透镜的原理样机并搭建实验光学系统对其进行了测试。测试结果表明,所提透镜可实现-1～5 D的屈光力变化;像差校正模块可精确重构3～9项Zernike多项式像差,归一化残余误差小于4%;对不同屈光力下的系统像差进行校正,校正后系统的波前像差下降幅值均在76%以上,系统成像质量明显提升。     

混合复消色差透镜组的设计原理

通过对混合复消色差透镜组的像差分析导其结构参数的求解方程，根据计算机模拟结果发现，二元光学元件以正透镜为基底和以负透镜为基底时单色像差状况大体相当，但以正透镜为基底时色球差要小得多。     

双透镜无光焦度校正板和单一反射镜的研究

对双透镜无光焦度校正板和单一反射镜组成的光学系统进行了研究,利用三级像差理论分析了消像差条件,并得出了一组被证明是正确的公式.根据该公式可以求出光学系统的初始结构参量.对于在球面镜反射系统中,基于像差特性分析,得出了系统的最佳结构和双透镜无光焦度校正板中单透镜光焦度的最佳选择.     

利用毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术对单根头发中元素空间分布进行无损扫描分析

头发中的元素与人的饮食和健康状况有关,对头发中元素的分析,不仅可用于刑事物证鉴别,还可为疾病的预防和治疗提供依据,因此,如何检测头发中元素分布等信息倍受人们关注。本文利用基于毛细管X光透镜和实验室普通X射线光源的共聚焦微束X射线荧光技术对单根头进行了无损扫描分析,分析了单根头发中元素的空间分布。在该毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术中,毛细管X光会聚透镜的出口焦斑和毛细管X光平行束透镜的入口焦斑处在共聚焦状态,从而形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号,降低了背底信号对X射线荧光谱的影响,从而有利于提高该共聚焦X射线荧光技术的分析精度。该共聚焦技术中采用了具有高功率密度增益的毛细管X光会聚透镜,降低了该共聚焦X射线荧光技术对X射线光源功率的要求,从而保证了该共聚焦技术可以采用实验室普通X射线光源,降低了实验成本。实验表明,毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术在单根头发元素分布检测中具有应用价值。     

激光远场焦斑测试技术的实验研究

 实验研究了激光远场焦斑能量分布测试的三种方法（长焦距透镜法、列阵相机法、Rattle Pair法），对三种测试方法得到的实验数据进行了比对，系统地分析了每种方法的优缺点。结果表明,采用长焦距透镜与一对微楔角劈板组合测试激光远场焦斑的方法更具优势，可减少测试系统引入的像差，并使图像处理过程得到简化。     

批产化空间透射镜头自动装校系统的设计和验证

针对批产化空间透射镜头短周期、高精度和高像质一致性的研制需求,研发了一种自动调整、在线检测、自主分析和自动校正波像差的自动装校系统。首先,设计了透镜自动调整方式和悬浮胶粘的结构形式,采用坐标投影将透镜失调量的测量值转换为调整装置的线性调整量,利用电机驱动调整装置的组合运动实现透镜自动调整。然后,设计了镜头调整检测集成平台和波像差校正模块,根据系统波像差测试结果自主分析透镜自由度调整量,并驱动调整装置运动实现透镜位置的补偿调整,通过均衡校正残留波像差的方式保证批次间像质的高一致性。最后,对20套批产化镜头进行自动装校实验,镜头研制周期为3天/套,透镜失调量控制精度优于10″和5μm,批次间相应视场调制传递函数最大偏差为0.026。实验结果表明,本系统可为批产化空间透射镜头装校提供一种高效的自动化研制途径。     

部分偏振光通过透镜时的偏振像差分析

本文定量推导了轴上物点发出的部分偏振光通过透镜时其偏振度、偏振分量方位角和椭率角与透镜参数和入射光参量间的关系。对已知参数的透镜进行了定量计算，表明处于一定偏振状态的部分偏振光经透镜后其偏振度、偏振分量方位角和椭率角在出射光束截面上呈一定分布，产生偏振像差。给出了部分偏振光基本参量变化的数量级。指出在高精度光学测量中为避免透镜偏振像差影响，应尽可能减小光束半径和发散角。     

整体毛细管X光透镜在大气颗粒物单颗粒分析中的应用

对大气颗粒物进行单颗粒X射线荧光(XRF)分析,是一种识别大气颗粒物来源的有力手段.为了利用实验室X射线光源对大气颗粒物进行单颗粒XRF分析,建立了基于整体毛细管X光透镜和实验室X射线光源的微束X射线谱仪.透镜焦斑处的功率密度增益在103数量级,焦斑直径为30 μm左右.该微束X射线谱仪对Fe-Kα线的最小探测极限为0.7 Pg.在Mo靶光源电压和电流分别为30 kV和50 mA的条件下,利用该谱仪对直径为9 μm的大气颗粒物单颗粒进行XRF分析时,测谱时间在180 s左右.实验表明,基于毛细管X光透镜和实验室X射线光源的微束X射线分析技术在大气颗粒物单颗粒分析中有着潜在的应用价值.     

整体毛细管X射线半会聚透镜在微区EXAFS分析技术中的应用

利用整体毛细管X射线半会聚透镜对同步辐射X射线进行聚焦, 经透镜会聚的微焦斑直径在10μm量级, 焦斑位置处的功率密度增益在10³量级. 在5.5—11.5keV能量范围内, 透镜焦斑直径由38μm变为29μm, 透镜传输效率由26.1%变为20.5%, 焦斑的中心位置移动了3μm; 透镜的出口焦距变化了155μm. 在上述透镜性能研究的基础上, 研究了该微焦斑同步辐射在微区EXAFS(Extended X-ray Absorption Fine Structure)分析技术中的应用.