方形孔径微透镜阵列的泰伯效应

从理论和实验两方面讨论了方形孔径微透镜阵列的泰伯效应,利用传递函数法分析了该阵列的菲涅耳衍射区的光场复振幅分布,讨论了泰伯像成像的条件。实验中,在特定位置处可观察到三种交替出现的清晰成像,实验测得的成像距离与理论值吻合。选用不同参数的方形孔径微透镜阵列,泰伯子像成像规律总体不变,当中心距大于孔径边长且小于两倍孔径边长时泰伯子像像元间出现交叠现象。方形孔径微透镜阵列在分数泰伯平面可观察到清晰的呈棋盘状分布的泰伯子像,这将拓展微透镜阵列的实际应用。     

一种基于毛细管X光透镜的微型锥束CT扫描仪

活体小动物成像系统是疾病研究、新药开发的重要组成部分.其中,X射线微型锥束计算机断层成像(X-ray micro cone-beam computed tomography,Micro-CBCT)能实现数十至数百微米空间分辨率的解剖结构成像研究.Micro-CBCT成像仪的一个关键挑战是其空间和对比度分辨率主要取决于X射线源焦斑大小、探测器分辨率和系统几何结构等因素.为提高Micro-CBCT的空间分辨率、对比度分辨率和成像均一性,本文基于毛细管X光透镜研制了一款能够调控照射X射线束斑孔径的Micro-CBCT扫描仪,用于小动物成像研究.此系统由微焦斑X射线源、非晶硅平板探测器、旋转工作台和控制电脑组成,并采用Feldkamp-Daivs-Kress算法重建投影图像.对该系统的性能进行了测试,结果表明,系统在10%调制传递函数下的空间分辨率为9.1 lp/mm,提高了1.35倍.同时,由于毛细管X光透镜对低能X射线的吸收和散射抑制作用,实现了2倍以上的对比度增强,减轻了多色X射线束硬化效应引起的图像均一性恶化问题.应用该Micro-CBCT系统对麻醉小鼠进行了活体成像,验证了该系统在小...     

六角形孔径平面微透镜阵列的制作及基本特性研究

采用光刻离子交换工艺制作了六角形孔径平面微透镜阵列.离子交换后的变折射率区域有微小重叠,填充系数可达95%以上.对制作的六角形孔径平面微透镜进行了折射率分布、数值孔径和像差等光学特性测试,得到的六角形孔径平面微透镜阵列光学性能均匀,成像质量较好的结果.该透镜阵列的研制成功为制作高质量高填充系数透镜阵列及模拟生物复眼光学系统奠定了基础.     

对光声成像系统中声透镜的二元声学研究

基于二元声学的方法提出了一种折射／衍射混合声透镜设计方案,该声透镜在对光声信号进行二维成像时体现出了极大的优越性,与单声透镜相比,除了有实时成像、成像焦深较大且可以利用时间分辨技术实现层析成像的优点外,还可以利用二元声学透镜独特的色散特性校正单声透镜的轴向色差,可以极大提高成像的分辨力。通过计算机模拟了有一定带宽的点声源通过该声透镜像面上的点扩展函数,与经单声透镜的结果比较,可以看出点扩展函数弥散斑得到明显改善,极大地消除色差对成像质量的影响。     

无透镜一步彩虹全息

采用合成狭缝的方法，不用透镜成像，直接对三维漫射物体一次拍出彩虹全息图。这个全息图重现像的观察范围很宽，视场不受透镜孔径的限制。对该方法作了理论分析，并给出实验结果。     

左手材料平板对傍轴高斯光束聚焦特性分析

在傍轴近似下,推导出了左手材料平板聚焦系统的传输矩阵,并利用ABCD定律得到了高斯光束在左手材料中和经过平板透镜聚焦后的传输公式。高斯光束在左手材料内部和像空间的传输公式的研究表明:像高斯光束和物高斯光束束腰大小一致,即左手材料平板透镜实际上对高斯光束没有聚焦作用。研究同时表明左手材料平板对高斯光束的聚焦与几何光学成像规律完全一致,而不存在一般透镜聚焦时的焦移效应。     

混合仿生鱼眼-复眼的广角高清成像系统

基于多尺度成像理论,采用混合仿生鱼眼-复眼结构,实现了大视场兼具高分辨率的光学成像系统设计。前级物镜系统为大直径球透镜,收集广角目标光线并成像到与球透镜同心的球面中继像面上;次级目镜系统是关于球透镜中心球对称的小口径透镜组阵列,对中继像进行像差校正并成像到探测器阵列上。对比了物镜采用双层同心球和单个球透镜的成像性能,后者可获得更优的成像性能且避免了双胶合球透镜带来的公差控制及力学与热稳定性问题。整个成像系统的视场大于100°,全视场内角分辨率优于10″,而畸变小于5%;系统具有大景深特点,不需调焦即可同时对300 m到无穷远目标清晰成像,可广泛应用于侦查监控等领域。     

利用阿贝成像原理制作低频全息光栅

依据阿贝成像原理,相干光照明下的物通过透镜成像,当频谱有所丢失时,像就不完全与物相似,由此使黑白光栅在相干光照明下通过透镜成像,在频谱面上设置光阑,仅让±1级衍射光通过,这样在像平面就得到全息光栅,通过改变成像横向放大率能够达到改变全息光栅的空间频率的目的.     

无狭缝一步彩虹全息的新方法

本文提出一种新的三维漫射物体的一步彩虹全息方法.该法是在曝光过程中将被摄物体与成像透镜同时沿垂直光轴方向移动,并通过场镜使合成狭缝直接成像在场镜后焦面上,可得到较大观察范围的无畸变彩虹全息像.     

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。     

高能X射线组合透镜聚焦性能的实验结果

高能X射线组合透镜是一种基于折射效应的新型X射线光学元件。报道了这种新型X射线光学元件聚焦性能的最新实验结果。设计的高能X射线组合透镜为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料,包括40个相同的、顺序排布的平凹折射单元,折射单元的球面半径为200μm,组合透镜的几何口径约为500μm,长度约为8 mm,焦距约为1.3 m。简要描述了PMMA材料X射线组合透镜的制作技术和制作过程。并给出了X射线组合透镜聚焦性能测试实验系统和实验条件。最后给出8 keV单色X射线辐射下,PMMA材料X射线组合透镜的聚焦性能的测试结果,对实际测试结果进行了分析和讨论,得出结论,焦距等参量与理论计算结果基本吻合。     

Comprehensive modelling and optical analysis of single-lens telescopes

Classical refractors require at least two lenses, an objective and an eyepiece, to achieve image magnification and focusing. In this study, a minimalistic telescope design consisting of a single lens and a small aperture (the single-lens telescope) is examined. The design exploits the angular limiting properties of the aperture to achieve approximate image focusing, at the expense of image brightness. An analytical geometrical optics model is first presented to explore the fundamental optical properties of such a system, alongside a numerical ray-tracing framework; a more general Fourier optics theory unifying both diffractive and geometrical regimes is also developed. Extensive experimental validation of theoretical results across angular magnification, angular resolution, and image intensity profiles is demonstrated, and optimum aperture sizes for varying magnifications and irradiance wavelength are derived. The mechanical simplicity of such telescopes indicates good applicability as a simple and low-cost instrument for beginner astronomy or ad-hoc fieldwork.     

Large‐aperture prism‐array lens for high‐energy X‐ray focusing

A new prism‐array lens for high‐energy X‐ray focusing has been constructed using an array of different prisms obtained from different parabolic structures by removal of passive parts of material leading to a multiple of 2π phase variation. Under the thin‐lens approximation the phase changes caused by this lens for a plane wave are exactly the same as those caused by a parabolic lens without any additional corrections when they have the same focal length, which will provide good focusing; at the same time, the total transmission and effective aperture of this lens are both larger than those of a compound kinoform lens with the same focal length, geometrical aperture and feature size. This geometry can have a large aperture that is not limited by the feature size of the lens. Prototype nickel lenses with an aperture of 1.77 mm and focal length of 3 m were fabricated by LIGA technology, and were tested using CCD camera and knife‐edge scan method at the X‐ray Imaging and Biomedical Application Beamline BL13W1 at Shanghai Synchrotron Radiation Facility, and provided a focal width of 7.7 µm and a photon flux gain of 14 at an X‐ray energy of 50 keV.     

四种解析解设计的短程透镜卷边对损耗的影响

根据光波导短程透镜母线曲率半径与光传输损耗的关系,利用数值计算的方法,通过计算不同母线参数条件下,四种解析解设计的短程透镜母线曲率半径,研究比较了短程透镜卷边对其损耗的影响,得出了短程透镜损耗与其有效区半径关系的曲线图,发现透镜凹面半径一定时,有效区半径越小,即卷边越大时,光传输损耗越小;短程透镜的解析改进解和最优解设计的透镜卷边存在曲率奇点.并由此得出了四种解析解设计的短程透镜有效区半径选取原则及其满足低损耗条件的取值范围.     

曲面和平面菲涅尔透镜的像差比较

通过一个大尺寸菲涅尔透镜的设计,比较了曲面菲涅尔透镜和平面菲涅尔透镜在光学像差方面的差异。从应用角度看,菲涅尔透镜设计属于准直系统,一般采用平面结构,但由于其成像要求的特殊性,通过运用P-W方法进行分析和比较,结果表明：曲面的设计较之于平面更具优势,并在ZEMAX中分别对2种菲涅尔透镜进行建模,验证了结果的正确性。但这不表明曲面菲涅尔透镜在像差方面一定比平面菲涅尔透镜更具优势,它还与实际应用场合有关,为此,提出了不同的结构参数设计。     

无球差非球面短程透镜的研究

用光线追迹迭代法和解析法设计无球差非球面波导短程透镜的母线,用单点金刚石超精加工和凹面波导制备工艺,研制成孔径和有效孔径分别为8和6mm的LiNbO3导短程透镜.实验表明,器件在有效孔径内无球差;对4mm宽的输入平面波光束,焦点衍射光斑半宽度为4μm;透镜插入损耗为～1dB.     

Toward one nanometer X-ray focusing: a complex refractive lens design

We report a design for one nanometer X-ray focusing by a complex refractive lens, which is capable of focusing 20 keV X-rays down to a lateral size of 0.92 nm （full-width at half-maximum （FWHM）） and an axial size of 98 nm （FWHM） with intensity gain of 49050. This complex refractive lens is comprised of a series of kinoform lenses, whose aperture is gradually matched to the converging trace of the X-ray beam so as to increase the numerical aperture （NA）. The theoretical principle of the proposed complex refractive lens is presented. The NAs of these lenses are calculated. The numerical simulation results demonstrate that the proposed design can focus the X-ray beam into sub-nanometer while remaining high gain.     

Improvement of Laser-Beam Irradiation-Intensity Distribution Using Multi Lens Array and Edge-Shaped Plates

A new concept for improving the laser intensity distribution on an inertial confinement fusion target using a phase-controlled multi lens array has been proposed. Circular and hexagonal element lens apertures have been examined, and the circular aperture which eliminated azimuthally asymmetric intensity distribution was chosen. The diffraction fringe of the elementary lens was mitigated in a one-dimensional lens array using edge-shaped plates of a super-Gaussian phase profile. Uniform beam profiles were obtained using a one-dimensional array with 7 spherical lenses and a two-dimensional array with 37 lenses. An approximately flat-top intensity distribution was realized with the lens array with 37 lenses.     

一款超薄800万像素手机镜头的设计

为了满足市场对超薄手机镜头的要求,运用光学软件CODEV,结合非球面理论,设计一款新的超薄800万像素手机镜头。该镜头由4片非球面塑料镜片,1片滤光镜片和1片保护玻璃组成,其中第1片透镜是正透镜,第2片镜片是负透镜,第3片镜片是正透镜,第4片镜片是负透镜,且光阑位于第1片透镜的前面。镜头光圈值F为2.4,视场角2为65.5,焦距为3.731 5 mm,后焦距0.31 mm,镜头总长度为4.6 mm,在最高频率1/2处大多数视场的MTF值均大于0.5,畸变小于2% 。     

一种紫外或深紫外光刻的1：1折反射式光学系统

设计了一种新的紫外或深紫外光刻物镜。该物镜与国内外现有的紫外或深紫外光刻物镜相比，既能满足大数值孔径的需要，又能充分利用物镜的视场。采用环形照明，能缓解因增大数值孔径而使焦深缩短的矛盾。