基于偏振光相位调制的超衍射极限空间结构光研究

具有超衍射极限尺寸的空间结构光在远场超分辨成像、光镊、微纳米加工等领域都有着重要的应用.本文基于偏振光的相位调制原理,结合光学实验与光场数值模拟开展了在空间生成具有超衍射极限尺寸的空间结构光的研究.首先设计了一种兼备圆形π与涡旋形2π相位板特点的新型相位板,并且实验观察到了高数值孔径系统中新型相位板调制圆偏振高斯光的焦点处的空间结构光形貌.随后通过结合矢量衍射积分理论的数值模拟,得出了一种具有超衍射极限尺寸、且同时呈现中心对称与轴对称的空间结构光.最后,本文详细讨论分析了新型相位板调制圆偏振光、线偏振光、径向偏振光以及角向偏振光所获得的空间结构光分布特点.结果显示,圆、线、径向与角向偏振条件下得到的空间结构光横向最小暗斑的半高全宽分别为0.31λ,0.32λ,0.24λ和0.36λ;在光轴上,线、径向与角向偏振光情况下的中心暗斑的半高全宽分别为0.8λ,0.78λ,0.76λ,而圆偏振光在轴向方向没有电矢量分布.     

高数值孔径聚焦三维光链的研究

通过设计衍射光学元件对入射矢量光进行调制，在高数值孔径聚焦系统焦点附近产生沿光轴方向的三维多点光俘获结构——光链.并针对不同的入射矢量偏振、聚焦透镜的数值孔径以及衍射光学元件结构，对光链性能的影响分别进行了系统的分析，实现对该独特光俘获结构的可控性研究. 关键词： 衍射光学元件 矢量光 光镊     

NA1.35投影光刻光学系统偏振像差的优化

为了实现NA1.35投影光刻光学系统高质量成像，在设计过程中除了控制波像差，还需进一步优化光学系统的偏振像差。利用Jones光瞳和物理光瞳表达了NA1.35投影光刻光学系统的偏振像差，并用二向衰减量与延迟量分析了光学系统偏振像差的大小；根据光线入射到不同光学面上最大入射角度的不同，为每个光学面设计相应的膜系以优化光学系统的偏振像差。相比于采用常规膜系，膜系优化后NA1.35投影光刻光学系统的二向衰减量和延迟量分别减小到了0.021 8、0.057 2 rad，即减小了光学系统的偏振像差。利用Prolith光刻仿真软件，分别对采用常规膜系和优化膜系的NA1.35投影光刻光学系统进行曝光性能仿真，结果显示:膜系优化后光学系统的成像对比度提高了4.4%，证明了NA1.35投影光刻光学系统偏振像差优化方法的有效性。     

高效产生任意矢量光场的一种方法

提出一种高效产生任意矢量光场的方法.利用两个光束偏移器分别对两个正交线偏振分量进行分束与合束,将传统激光模式转化为任意矢量光场.所产生矢量光场的偏振态和相位分布通过相位型空间光调制器(SLM)加载相应的相位实时调控.由于光路系统中不涉及任何衍射光学元件和振幅分光元件,光场转换效率高,仅取决于SLM的反射率,并且光路系统结构紧凑、稳定,同轴性易于调节.实验结果显示,采用反射率为79%的相位型SLM产生矢量光场的转换效率可达到58%.     

双层衍射元件加工误差对带宽积分平均衍射效率的影响

双层衍射光学元件可以在宽波段范围内获得高的衍射效率。加工误差会导致带宽积分平均衍射效率的下降,进而影响折衍射混合成像光学系统的传递函数。基于位相延迟和带宽积分平均衍射效率的表达式,建立了双层衍射光学元件加工误差与带宽积分平均衍射效率的数学关系。分析了应用于8~12 mm长波红外光学系统中的两种加工误差对双层衍射光学元件衍射效率的影响。采用带宽积分平均衍射效率,可以直接评价宽波段光学系统的成像质量。通过带宽积分平均衍射效率和双层衍射光学元件加工误差的关系,可以分析含有双层衍射元件混合光学系统的调制传递函数。     

方形光阑限制高斯光束的传输变换

对基模高斯光束经方形光阑限制光学系统的光斑传输变换规律进行了论述．对于任一共轴光学系统,在不考虑有效光阑前面元件的衍射和变换时,考察入射光经有效光阑和其后面的元件发生衍射,根据柯林斯公式,对于非成像光学系统,采用稳相法得到出射光场的振幅分布;对于成像光学系统,根据像传递原理得到出射光场的振幅分布,最后得出出射光斑大小由有效光阑边长与光阑处高斯光束腰斑大小比较决定的结论．     

基于空间光场调控技术的光学微操纵

光镊技术具有无机械接触与高精度操纵微小尺度粒子的优点,自发明以来已逐渐成为生命科学和胶体物理学等领域中强有力的研究工具。随着研究的深入,传统的单光阱光镊已难以满足更高级的应用需求。近年来,空间光场调控技术通过对光场的振幅、相位和偏振态分布的调制,极大地丰富和增强了光学微操纵技术的功能,促进了包括激光微纳加工、微粒分选与输运、胶体粒子物理特性研究等方面的发展。从光场的振幅、相位和偏振态调制技术出发,综述近年来空间光场调控技术的发展及其在光学微操纵中的应用,重点介绍全息光镊、特殊模式光束微操纵、矢量光场微操纵等光学微操纵技术的研究进展。     

多级衍射元件消色差系统的面型分析

多级衍射元件在衍射望远系统消色差领域的应用逐渐成为热点。基于赛德尔三级像差理论，对由多级衍射光学元件、折射光学元件和菲涅耳衍射元件三元件组合的光学系统展开分析。在400～700 nm工作波段，通过数学推导校正表面系统的球差，同时实现消色差及复消色差。对系统在平面、球面和非球面不同面型下的成像质量进行比对。当系统为非球面设计时，调制传递函数在截止频率50 lp/mm处高于0.6683，优于平面和球面设计，衍射圈入能量更高，成像质量更好。该研究为将多级衍射元件组合系统运用到消色差领域提供了参考。     

基于可调谐复振幅滤波器的超长焦深矢量光场

根据矢量光场衍射积分理论和离散复振幅光瞳滤波原理, 通过一种由双λ/2波片和离散复振幅滤波器组成的可调谐复振幅滤波器, 研究了大数值孔径下超长焦深聚焦矢量光场的构建与调控. 给出了一个六环带区的离散复振幅滤波器, 对入射光场的偏振态、振幅滤波和相位滤波三者进行同步优化, 获得了焦深接近10λ的三维平顶光场; 通过调控双λ/2波片夹角来改变聚焦光场的矢量化结构, 使之在光针场、平顶光场、光管场及中间结构光场之间交替变化. 研究结果揭示了入射光场矢量化结构演化与聚焦光场矢量化结构变换之间的关系, 解决了获取动态的、可调控的超长焦深聚焦光场的问题. 两种基本的聚焦光场光针场、光管场的独自使用或三维平顶光场的调和使用, 将会在光学显微、光学微纳操控以及光学精细加工领域获得重要应用.     

子孔径合成光学成像系统像质评价研究

由于子孔径合成光学成像系统出瞳波前离散,成像特征有异于常规光学系统.对比了两种子孔径合成光学成像系统的像质评价方法,其一是直接利用干涉仪实测获得的整体出瞳波面参量,拟合成泽尼克多项式,通过快速傅里叶变换获得光学系统的调制传递函数;其二是对子出瞳波面在像面复振幅分布的衍射直接积分叠加计算系统调制传递函数.对于离散出瞳波前,拟合的泽尼克多项式不可避免有较大误差,由此计算获得的调制传递函数与实际测量值有较大区别.设计并制造了一个三子镜合成的成像光学系统,在此基础上用ZYGO GPI干涉仪验证并对比了使用两种方法对像质计算的特点.结果表明,子出瞳波面直接衍射积分叠加法的精度更高,但计算量大,且要获得更高的像质评价精度,应使用更适于表达离散不规则形状子出瞳波前的波函数.     

Short-Time Dynamics of the Random n-Vector Model

Short-time critical behavior of the random n-vector model is studied by the theoretic renormalization-group approach.Asymptotic scaling laws are studied in a frame of the expansion in ε = 4 - d for n ≠ 1 and √ε for n = 1respectively.In d ＜ 4,the initial slip exponents θ′ for the order parameter and θ for the response function are calculated up to the second order in ε ＝ 4 - d for n ≠ 1 and √ε for n ＝ 1 at the random fixed point respectively.Our results show that the random impurities exert a strong influence on the short-time dynamics for d ＜ 4 and n ＜ n_c.     

p层厚度对Si基GaN垂直结构LED出光的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在Si衬底上生长了一系列具有不同p层厚度d的InGaN/GaN蓝光LED薄膜并制备成垂直结构发光二极管(VLEDs),研究了 p层厚度即p面金属反射镜与量子阱层的间距对LED出光效率的影响,并采用F-P干涉模型进行了理论分析.结果显示,光提取效率受d影响很大,随d的增加呈现类似阻...     

Analytical solution for capacitive RF sheath

A self-consistent solution for the dynamics of a high voltage, capacitive radio frequency (RF) sheath driven by a sinusoidal current source is obtained under the assumptions of time-independent, collisionless ion motion and inertialess electrons. Expressions are obtained for the time-average ion and electron densities, electric field and potential within the sheath. The nonlinear oscillation motion of the electron sheath boundary and the nonlinear oscillating sheath voltage are also obtained. The effective sheath capacitance and conductance are also determined. It was found that: (1) the ion-sheath thickness S _m is √50/27 larger than a Child's law sheath for the DC voltage and ion current density; (2) the sheath capacitance per unit area for the fundamental voltage harmonic is 2.452 ϵ₀ /S_m, where ϵ₀ is the free space permittivity; (3) the ratio of the DC to peak value of the oscillating voltage is 54/125; (4) the second and third voltage harmonics are, respectively, 12.3 and 4.2% of the fundamental; and (5) the conductance per unit area for stochastic heating by the oscillating sheath is 2.98 (λ_D/S_m)^2/3 (e ²n₀/mu_e), where n ₀ is the ion density, λ_D is the Debye length at the plasma-sheath edge, and u_e is the mean electron speed     

Critical Behaviors and Finite-Size Scaling of Principal Fluctuation Modes in Complex Systems

Complex systems consisting of N agents can be investigated from the aspect of principal fluctuation modes of agents. From the correlations between agents, an N×N correlation matrix C can be obtained. The principal fluctuation modes are defined by the eigenvectors of C. Near the critical point of a complex system, we anticipate that the principal fluctuation modes have the critical behaviors similar to that of the susceptibity. With the Ising model on a two-dimensional square lattice as an example, the critical behaviors of principal fluctuation modes have been studied. The eigenvalues of the first 9 principal fluctuation modes have been invesitigated. Our Monte Carlo data demonstrate that these eigenvalues of the system with size L and the reduced temperature t follow a finite-size scaling form λ_n(L, t)=L^γ/ν f_n(tL^1/ν), where γ is critical exponent of susceptibility and ν is the critical exponent of the correlation length. Using eigenvalues λ₁, λ₂ and λ₆, we get the finite-size scaling form of the second moment correlation length ξ(L, t)=Lξ(tL^1/ν). It is shown that the second moment correlation length in the two-dimensional square lattice is anisotropic.     

Radiative Corrections to e~+e~-→ Zh at Future Higgs Factory in the Minimal Dilaton Model

The minimal dilaton model(MDM) extends the Standard Model by one singlet scalar called dilaton and one top quark partner called t. In this work we investigate the t-induced radiative correction to the Higgs-strahlung production process e+e-→ Zh at future Higgs factory. We first present the analytical calculations in detail and show how to handle the ultraviolet divergence. Then we calculate the correction numerically by considering the constraints from precision electroweak data. We find that, for sin θL= 0.2 and mt = 1200 Ge V, the correction is 0.26% and 2.1% for (se+e)~(1/2)-= 240 Ge V, 1 Te V respectively, and a larger value can be achieved as sin θLincreases.     

EAST中快离子Dα诊断光电检测系统的设计

设计了具有高时间和空间分辨率EAST 快离子D_α 的光电检测系统,它由16 路光电倍增管(PMT)和电流放大器(采用蓝宝石材料代替传统印刷板电路)构成。为了使快离子D_α (FIDA)信号在中性束注入时能从其他光源的在同一光谱范围内的谱线中检测出来,系统参数设计为整体光子-电压增益5.0×10⁹、电流放大器增益10⁶V/A、-3dB 带宽500kHz。实验结果表明,该光电检测系统可以很好的检测到快离子D_α (FIDA)信号,并有助于从D_α 光的多普勒偏移光谱推断快离子特性。     

一个新的自由能函数对介电高弹薄膜的多组等双轴预拉伸下力电耦合实验的预测

当介电高弹聚合物薄膜被施以面内等双轴预拉伸后, 受到厚度方向的电压作用时, 薄膜在力场和电场共同作用下产生大变形. 电场采用Maxwell应力分析, 力场采用橡胶弹性模型分析. 拟合这类变形的常用橡胶弹性模型主要有Neo-Hookean, Arruda-Boyce, Gent等模型. 这些模型对实验数据的定量拟合存在不同程度的偏差. 通过对实验数据的分析, 结合数学方法, 提出了一个新的自由能函数模型. 通过该模型对VHB4905介电高弹聚合物薄膜的多组等双轴预拉伸电力耦合实验进行拟合, 并以Neo-Hookean, Gent模型作为对照, 结果与实验数据拟合很好, 比对照模型的偏差明显缩小.     

EAST �п�����Dα ��Ϲ����ϵͳ�����

The D_α signal photoelectric detection system with high temporal and spatial resolution consists of 16 channels, each channel consists of a photomultiplier tube (PMT) and a current amplifier based on a sapphire material instead of a conventional printed circuit board. In order to enable the detection of the fast-ion D_α (FIDA) signal from other light sources of the same spectral range when a neutral beam is injected, the system parameters were designed with a total photon-to-voltage gain of 5.0×10⁹, the current amplifier with a current-to-voltage gain of 106V/A and a −3dB bandwidth at 500kHz. The EAST discharge experiment showed that the FIDA signal was well detected by this photoelectric detection system and the fast-ion properties were deduced from the Doppler shift spectrum of the D_α light.     

改进型高分辨率宽波段Schwarzschild成像光谱仪研究

针对Schwarzschild结构在成像光谱仪系统中的应用进行了研究。以Schwarzschild结构的像散分析为基础,获得了该结构的完善消像差条件;之后,对该结构进行了改进,由准直镜和凸面镜,以及凸面镜和聚焦镜分别组成了两个消像散的Schwarzschild结构,从而构成了Schwarzschild成像光谱系统。并给出了这种系统的各个光学参数的计算条件。以一工作波段为340~500 nm的紫外-可见成像光谱系统为例进行了设计,从而对设计理论进行了验证。根据优化理论计算了初始结构最优解并进行光线追迹模拟,成功设计了数值孔径0.125,全视场全波段调制传递函数值在奈奎斯特频率(20 lp·mm-1)下大于0.58的高分辨率成像光谱仪光学系统。这种结构的不同变形分别可以作为Czerny-Turner系统,Ebert-Fastie系统或者Offner系统应用,设计结果也表明这种改进的系统设计理论适用于小型宽波段高分辨率成像光谱仪。