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）

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。     

准随机点阵二值化Gabor波带片聚焦特性的数值计算

Fresnel波带片有多个焦点,作为单色器波长选择元件使用时会受到高级衍射的影响。而Gabor波带片只有一个焦点,有更好的聚焦特性,但制作难度较大,准随机点阵二值化Gabor波带片概念的提出则解决了这个问题。介绍了准随机点阵二值化Gabor波带片的设计,并利用优化的程序分别对Fresnel波带片和准随机点阵二值化Gabor波带片的聚焦特性进行了模拟计算,通过对计算结果进行分析比较,发现准随机点阵二值化Gabor波带片具有抑制高阶衍射的特性。     

准随机点阵二值化Gabor波带片聚焦特性的数值计算

 Fresnel波带片有多个焦点,作为单色器波长选择元件使用时会受到高级衍射的影响。而Gabor波带片只有一个焦点,有更好的聚焦特性,但制作难度较大,准随机点阵二值化Gabor波带片概念的提出则解决了这个问题。介绍了准随机点阵二值化Gabor波带片的设计,并利用优化的程序分别对Fresnel波带片和准随机点阵二值化Gabor波带片的聚焦特性进行了模拟计算,通过对计算结果进行分析比较,发现准随机点阵二值化Gabor波带片具有抑制高阶衍射的特性。     

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。     

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。     

相位切趾波带片的设计

本文叙述了菲涅耳波带片和相位波带片的基本理论。对相位波带片选用的材料和厚度与效率的关系进行了计算和分析。对选用切趾波带片能增大带宽、提高信噪比作了讨论。我们设计了用于高分辨率扫描软X 射线显微镜的聚焦微波带片,它是一个总环数为116、遮挡环数为30、空间分辨率为0.2μm、在23～45(?)波长范围内一级衍射效率达16～19%的Cu 材料相位切趾波带片。     

波带片的衍射(一)

一、引言 菲涅耳波带片①的衍射,揭示了利用衍射原理制造成像元件的可能性.然而由于制作上的困难、衍射效率低及存在多级像等原因,长期以来它没有得到很快的发展及实际应用.60年代以来全息透镜的研制和应用,使波带片在光学教学中占有了新的地位.但是,菲涅耳波带片为什么存在多个焦点?各焦点的位置和强度怎样?波带片与普通透镜的成像原理有何不同?这些问题在一般的光学教材中尚未见有严密而易于为大学生所接受的数学论证.本文从菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式出发,经过恰当的近似处理,求出了波带片沿轴线上的衍射场分布,然后对上述问题进行了讨…     

软X射线相位型聚焦波带片的研制

软X射线波带片是软X射线光学中聚焦、色散和成像的重要元件。以激光全息-离子束刻蚀技术制作金的振幅型软X射线聚焦波带片,以此为掩模,利用接触式同步辐射光刻和离子束刻蚀技术在聚酰亚胺衬底上,分别制作出了镍和锗的软X射线相位型聚焦波带片。     

Experimental demonstration of near-field focusing of a phase micro-Fresnel zone plate (FZP) under linearly polarized illumination

A high numerical aperture binary phase micro-Fresnel zone plate (FZP) is designed and fabricated on a glass substrate by using a focused ion beam technique. Focusing characteristics of the phase micro-FZP are measured by a near-field scanning optical microscope using linearly polarized light as an illumination source. It is found that an asymmetric spot with subwavelength beam width and elongated depth of focus can be obtained from the phase micro-FZP. Furthermore, the measurement is shown to be consistent with the calculation result. Further, the tolerance in fabrication errors like tilt of side walls on focusing is discussed with numerical simulations.     

多层膜劳厄透镜对8keV X射线的聚焦性能模拟研究

基于多层膜技术的劳厄(Laue)透镜能实现硬X射线纳米级聚焦,在X射线微纳分析领域具有重要的应用前景.基于衍射动力学理论,分析了X射线在多层膜劳厄透镜中的传播,计算了不同结构的多层膜劳厄透镜对8 keVX射线的聚焦性能.结果表明,最外层厚度为5 nm的倾斜多层膜劳厄透镜可获得5.7 nm的聚焦光斑和26%的平均衍射效率...     

Development of laser deposited multilayer zone plate structures for soft X-ray radiation

As a novel approach, the combination of pulsed laser deposition and focused ion beam was applied to fabricate different types of multilayer zone plate structures for soft X-ray applications. For this purpose, high quality non-periodic ZrO₂/Ti multilayers were deposited by pulsed laser deposition on planar Si substrates and on rotating steel wires with layer thicknesses according to the Fresnel zone plate law. Linear focusing optics were fabricated by cutting slices out of the multilayers by focused ion beam and placing them directly over pinholes within Si₃N₄ substrates. Additionally, it was shown that laser deposition of depth-graded multilayers on a wire is also a promising way for building up multilayer zone plates with point focus. First experiments using a table-top X-ray source based on a laser-induced plasma show that the determined focal length and spatial resolution of the fabricated multilayer Laue lens corresponds to the designed optic.     

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。     

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。     

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。     

A super-resolution Fresnel zone plate and photon sieve

Realizing a smaller or sharper diffractive center spot is a valuable research aim in soft X-ray focus and other related research applications. Fresnel zone plates (FZP) and photon sieves (PS) are often used to focus the X-rays or other wavelength light at present. Here, we show that combination of a super-resolution phase mask (SPM) and an FZP (or PS) as one diffractive optical element can realize a smaller or sharper diffractive center spot without significantly increasing the fabrication difficulty. All these diffractive phase elements can be applied to beam shaping, mask-less lithography, energy congregation in high power lasers, soft X-rays focus, and any other field that requires a smaller or sharper diffractive center spot.