强激光畸变波前的高精度重构

高精度的波前重构,是实现对强激光波前畸变进行有效补偿与控制,提高光束质量的重要前提。先利用三个较远的衍射面及输入面上的强度信息,重构出强激光波前的以均方根梯度来描述的低频成分;再利用两个较近的衍射面及输入面上的强度信息,重构出强激光波前的以随机分布描述的中高频成分。当波前畸变的低频幅度小于或等于2λ,中高频幅度小于或等于0.15λ时,算法具有良好的收敛性能。     

强激光畸变波前的高精度重构

 高精度的波前重构，是实现对强激光波前畸变进行有效补偿与控制，提高光束质量的重要前提。先利用三个较远的衍射面及输入面上的强度信息，重构出强激光波前的以均方根梯度来描述的低频成分；再利用两个较近的衍射面及输入面上的强度信息，重构出强激光波前的以随机分布描述的中高频成分。当波前畸变的低频幅度小于或等于2λ，中高频幅度小于或等于0.15λ时，算法具有良好的收敛性能。     

X射线波带片的制作及其应用

波带片的低衍射效率限制其在可见光波段的使用,可是在Ｘ射线波段,波带片是唯一达到衍射极限的光学元件,因而引起人们的极大兴趣。本文介绍了当前国际上Ｘ射线波带片的主要制作方法及其应用,同时回顾了用于Ｘ射线聚焦、成像的光学元件——Ｘ射线菲涅耳波带片及近几年才出现的布拉格－菲涅耳波带片的历史背景、基本概念和主要类型。     

激光推进应用中的波前重构仿真研究

分析了Hartmann传感器应用于激光推进中波前畸变测量的可行性,介绍了模式法波前重构原理。利用MATLAB7.0对小孔板进行了仿真。并根据几何光线追迹原理,对设定的畸变波前进行了重构。同时比较了选用不同Zernike模式数的波前重构结果以及选用不同采样率小孔板的波前重构结果。仿真结果表明:Hartmann传感器对推进应用中大口径光斑的波阵面测量是可行的。     

采用液晶空间光调制器的可控性阵列菲涅耳波带片

利用液晶空间光调制器的光学调制特性,实现阵列数与焦长可调控的阵列菲涅耳波带片,并给出了理论分析和实验结果,该方法操作简单、具有实时可调控的优点.     

一种重构高功率激光束波前的方法

介绍一种对“星光Ⅱ”１０＾１２Ｗ高功率激光器的波前相位进行重构测量的研究方法。实验中对高功率激光束经过孔阵列相位传感器在像纸上烧蚀成的光斑阵列进行图像处理,测定各光斑光强中心及相对位移,再由理论分析得到实用的迭代算法公式,重构出高功率激光束波前。     

相因子判断法分析菲涅耳波带片的衍射场

基于波前相因子判断法,并考虑到波带片孔径的影响,揭示了波带片的衍射场所含基元成分及各成分在衍射场的积分表达式,并导出了沿轴的衍射场振幅分布公式及沿轴的振幅分布曲线,得到多个实焦斑的横向半值线宽和轴向半值线宽公式.本研究为波带片作为一种光学元件提供了一理论基础.     

激光准直自动化监测大坝变形方法的研究

本文介绍了一种用激光准直法对大坝变形进行监测的方法,阐述了其中的关键光学元件-菲涅耳波带片的应用,并采用CCD技术求取象点中心位置的精确处理方法,从而通过象点位置变化来跟踪大坝的变形.在分析其工作原理的基础上建立了一套测量装置,通过原理实验,论证了该方法的可行性与精确性.     

基于无波前传感的菲涅耳透镜像差校正实验

为提高薄膜菲涅耳透镜成像性能,采用无波前传感的自适应光学系统对菲涅耳透镜点目标成像的波前像差进行实验校正.像差校正控制采用随机并行梯度下降算法,以远场光斑像清晰度函数为优化指标,算法迭代数十次后收敛.系统闭环校正后,焦平面光斑等效半径缩小了43%,二阶矩为0.9975,接近理想极限1,像清晰函数值和峰值光强提高了一倍,光强的半高全宽达到1.2倍衍射极限,调制传递函数的中频分量显著提高.实验结果表明该方法结实现构简单,能快速、有效地校正菲涅耳透镜波前像差,改善系统的成像性能,可应用于大口径、轻量化的空间望远镜.     

基于严格耦合波理论的硬X射线菲涅耳波带片设计

菲涅耳波带片(FZP)能实现光源聚焦,是硬X射线显微成像最重要的组成元件之一.分辨率与衍射效率是FZP最重要的两个参数,但在实际设计与制备中,两者往往难以同时兼顾.因此,提出了一种基于严格耦合波理论的硬X射线FZP设计方法.该方法在指定分辨率的基础上优化衍射效率,给出了硬X射线FZP组成材料、环带宽度、外径、厚度以及厚...     

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.     

Tight focusing of partially polarized vortex beams by binary phase Fresnel zone plates

Based on vectorial Debye theory, the focusing properties of partially polarized vortex beam by high numerical aperture Fresnel zone plate are investigated. The effects of the numerical apertures of and the phase difference of binary phase Fresnel zone plates, the topological charge of vortex beam and the degree of polarization of incident beam on the intensity distribution and degree of coherence in the focal plane are investigated in detail. It is shown that elliptical light spots and the flat top beam can be obtained by selecting certain parameters. Studies of degree of coherence reveal that the degree of coherence between x and y components of the electric field, which is zero in the source plane, is improved in the focal plane for vortex beam, but it is hardly changed for the nonvortex beam. It is also proved that any two of the three electric field components E_x, E_y and E_z are completely coherent everywhere in the focal region if the incident light beam is linearly polarized.     

基于多对流速度的波前重构算法研究

 在气动光学研究中,Ronald J. Hugo 和Eric J. Jumper的小孔径光束技术(SABT)波前重构算法在理论推导中忽略了与涡结构尺度相关的对流速度的差异,因此必然会给波前重构带来误差。用小波分析提取了上、下游探测光束输出的不同尺度的光程信号,通过计算两个探测光束输出的同一尺度信号的互相关系数,并利用互相关系数达到最大值对应的延迟时间研究了尺度相关的对流速度,然后再进行尺度相关的小孔径光束波前重构。结果表明：相对于单一对流速度的小孔径光束波前重构算法,该尺度相关的波前重构算法能有效地提高波前重构的精度。     

微聚焦菲涅耳波带板聚焦特性研究

通过激光轰击Ti平面靶,用微聚焦菲涅尔波带板做成像器,测到了在放大倍数为66倍时X射线焦斑图像.利用Fresnel-Kirchhoff衍射积分公式数值模拟了微聚焦菲涅尔波带板的点扩展函数,模拟结果表明该微聚焦菲涅尔波带板在两倍焦距处强聚焦.改变物距和像距但保持透镜的物像距公式,也可得到类似的结果.模拟和实验表明微聚焦波带板可以应用于X射线点对点成像,实现激光等离子体X射线高空间分辨成像. 关键词： 菲涅尔波带板 Fresnel-Kirchhoff衍射 数值模拟 点扩展函数     

基于多对流速度的波前重构算法研究

在气动光学研究中,Ronald J. Hugo 和Eric J. Jumper的小孔径光束技术(SABT)波前重构算法在理论推导中忽略了与涡结构尺度相关的对流速度的差异,因此必然会给波前重构带来误差。用小波分析提取了上、下游探测光束输出的不同尺度的光程信号,通过计算两个探测光束输出的同一尺度信号的互相关系数,并利用互相关系数达到最大值对应的延迟时间研究了尺度相关的对流速度,然后再进行尺度相关的小孔径光束波前重构。结果表明：相对于单一对流速度的小孔径光束波前重构算法,该尺度相关的波前重构算法能有效地提高波前重构的精度。     

基于优化探测窗口的光斑质心探测方法

 哈特曼-夏克波前传感器进行波前探测时，用子孔径光斑强度的一阶矩来计算光斑质心位置，子孔径窗口作为探测窗口，但探测时子孔径窗口内噪声对一阶矩有很大的影响，会使质心探测精度产生很大的误差。因此在计算质心位置时探测窗口的选取对探测精度有重要影响，必须选取合适的探测窗口来提高光斑质心探测精度。为此，在传统算法的基础上提出优化探测窗口的方法来提高质心探测精度,仿真和实验结果表明新方法提高了质心探测的精度，未经处理的高噪声恢复波前的波前残差峰谷值是2.851 4λ，均方根值是0.606 3λ，优化探测窗口后波前残差的峰谷值是1.636 2 λ，均方根值是0.367 1 λ，重构误差减小了40％。证明了算法的可行性和稳定性。     

Fabrication of high‐aspect‐ratio Fresnel zone plates by e‐beam lithography and electroplating

The fabrication of gold Fresnel zone plates, by a combination of e‐beam lithography and electrodeposition, with a 30 nm outermost zone width and a 450 nm‐thick structure is described. The e‐beam lithography process was implemented with a careful evaluation of applied dosage, tests of different bake‐out temperatures and durations for the photoresist, and the use of a developer without methylisobutylketone. Electrodeposition with a pulsed current mode and with a specially designed apparatus produced the desired high‐aspect‐ratio nanostructures. The fabricated zone plates were examined by electron microscopy and their performances were assessed using a transmission X‐ray microscope. The results specifically demonstrated an image resolution of 40 nm.