非齐明点成像的X-射线波带板制造中的应用

软X射线成像需用高分辨率波带板(Zone plate)。本文分析了齐明系统非齐明点球差特性。利用这种特性可以产生制作高分辨率X射线波带板所需的两束非球面波。文中还给出了合肥国家同步辐射实验室光束线所用的软X射线波带板的结构参数和制造这种波带板的光学系统。     

波带板干涉法检测双曲面

针对非球面高准确度检测的难题,设计了基于波带板干涉法的共光路干涉系统.阐述了干涉仪的测量原理,实验中针对曲率半径R=103.26mm,口径D=40mm的被测双曲面,设计并制作了波带板,编制了基于坐标变换的条纹中心法的干涉条纹处理程序,并将测量数据与泰勒-霍普森轮廓仪进行了比对,实验结果证明了该系统的可行性和先进性.     

波带板干涉法检测双曲面

针对非球面高准确度检测的难题,设计了基于波带板干涉法的共光路干涉系统.阐述了干涉仪的测量原理,实验中针对曲率半径R=103.26 mm,口径D=40 mm的被测双曲面,设计并制作了波带板,编制了基于坐标变换的条纹中心法的干涉条纹处理程序,并将测量数据与泰勒-霍普森轮廓仪进行了比对,实验结果证明了该系统的可行性和先进性.     

计算全息图案位置误差致波前误差的标定方法

通过对计算全息图检测非球面的误差进行分析,提出了一种用于计算全息图检测非球面过程中图案位置误差引入的波前误差的标定方法。该方法先设计检测过程中所需要的辅助波前和检测波前在计算全息基板上所对应的相位分布,再通过光场叠加的方式得到复合相位。辅助波前用于计算实际位置与设计位置的偏差,进而计算出位置畸变引起的检测误差,并将其从系统中消除。检测波前用于得到与非球面匹配的波前,进而对非球面面形进行检测,并提出了图案位置误差引入的非球面波前差的计算方法。为评估该方法的可行性,将复合相位所对应的计算全息图导入衍射计算软件中进行仿真,同时得到了平面、球面和非球面各个级次的衍射光斑,证明了该方法的正确性。     

横向剪切可变的双焦距波带板干涉仪

本文提出了一种应用双焦距波带板做为横向剪切元件的干涉仪,适用于检测会聚波面像差。它结构简单,不仅具有Ronchi光栅检测的优点,而且条纹对比度好,可根据需要改变剪切量,不需要更换波带板。这种干涉仪可由在波带板平面内移动波带板,获得待测波面任意方向的剪切干涉图。双焦距波带板可用全息方法很容易制作。文中给出了实验结果。     

一种三次非旋转对称的相位板的检测系统设计

作为零位干涉检测方法中非常有前途的一种方法.计算全息可以用于非旋转对称的非球面的检测.以三次相位板为例,阐述了利用计算全息图检测非旋转对称的非球面的基本原理.分析并推导了三次相位传播过程引入的高阶波像差的理论公式,给出了三次相位板的检测系统的没计结果.详细讨论了计算全息图衍射级次的分离以及计算全息图的二元化,给出了振幅型的计算全息图的图样.计算全息图的刻线最小问隔是40μm,计算全息图的制作精度对检测结果的波前误差的影响仅仅为0.005λ.对检测系统作了详细的公差分析,结果表明所有调整公差对整个检测系统的影响和方根值为83.954 nm.     

Shack-Hartmann波前传感器非零位在轴检测离轴非球面反射镜

在离轴非球面反射镜研磨后期和粗抛光阶段,被测反射镜面形与理想面形存在着较大的偏差,表面反射率较低,采用干涉测量会因局部区域干涉条纹过密或条纹对比度过低,造成普通干涉仪无法进行全口径测量,而普通接触式轮廓仪测量精度此时已经不能满足加工要求。鉴于Shack-Hartmann波前传感器较大的动态范围和较高的测量精度,提出了采用Shack-Hartmann波前传感器非零位在轴检测离轴非球面面形,研究了该方法的检测原理并搭建了检测系统,分析了系统误差来源,并制作了用于在轴检测离轴非球面的参考波前,对两个不同加工精度的离轴非球面反射镜进行了测量,并与干涉仪的测量结果进行了对比。对比结果表明,Shack-Hartmann波前传感器的测量结果是正确可靠的,并且可以弥补轮廓仪测量和干涉仪测量的不足,从而证明了采用Shack-Hartmann波前传感器在轴检测离轴非球面的可行性和正确性。     

二次非球面镜检测中基于波前等高线图的调整方法

为了提高非球面光学元件的检测精度及效率,缩短调整环节的时间,分析了非球面干涉检测过程中被检非球面镜的调整误差对检测结果波前信息的影响,提出利用波前等高线图走势准确判断调整方向的调整方法。建立调整方向与被检镜失调量之间的关系,并利用光学设计软件Zemax仿真模拟检测光路,结合二次非球面镜的光学公差分析判断调整量的大小。基于该调整方法,利用Zygo激光干涉仪对口径为50 mm的双曲面进行检测,最终检测结果是RMS为0.014 ,实验表明该方法简单、可行。     

双胶合透镜法检测大相对孔径凸非球面透镜

大相对孔径凸非球面的检测一直是非球面制造的难点.本文结合两片大相对孔径凸椭球面透镜的检测,提出采用同种材料胶合的检测方法,并基于该检测方法加工得到了相对孔径分别为2.7和2的两块凸椭球面透镜.经检测,两块非球面透镜检测系统的最终波像差均方根值都优于1/30λ(λ=632.8nm),在实际光学系统应用中,系统的分辨率和弥散斑大小均满足系统的指标要求.产品的使用情况验证了本文采用的同种材料胶合的检测方法在理论和实践上是可行的,与传统的光学补偿法检测大非球面度、高陡度非球面相比,本文采用的胶合透镜法极大地简化了检测系统结构,降低了系统的装调难度,是一种有效的高准确度凸非球面检测方法.     

凸非球面背向零位补偿检验的设计方法

为了实现大口径凸非球面的高准确度检测,提出了凸非球面背向零位补偿检验方法.该方法在非球面背面引入辅助球面并在光路中加入球面补偿透镜来达到零位补偿检验.辅助球面既可以使凸非球面等效为凹非球面,还可以补偿部分非球面法线像差.依据三级像差理论,对辅助球面曲率半径及补偿透镜结构参量进行初始结构求解,并编写了求解初始结构软件,再利用光学设计软件对初始结构进行优化,优化结果满足设计要求,使凸非球面背向零位补偿检验理论化.在实际应用中,以Φ120mm凸非球面为例设计了凸非球面背向零位补偿检测系统,检测系统设计的剩余波像差PV为0.024λ、RMS为0.007λ.利用此检测方法加工完成后的凸非球面的面形准确度优于λ/40.     

Point spread function measurement of an X‐ray beam focused by a multilayer zone plate with narrow annular aperture

The experimental procedure for obtaining the point spread function (PSF) of a focusing beam generated using an X‐ray multilayer zone plate (MZP) with a narrow annular aperture has been developed. It was possible to reconstruct the PSF by applying the tomographic process to the measured dataset consisting of line spread functions (LSFs) in every radial direction on the focal plane. The LSFs were measured by a knife‐edge scanning method of detecting scattered intensity. In the experimental work, quasi‐monochromatic undulator radiation with a first harmonic energy of 20 keV was directly focused without a monochromator by the MZP, and the PSF was measured using this procedure. As a result, a near diffraction‐limited focused beam size of 46 nm full width at half‐maximum was obtained.     

Interferometry for measuring large aspherical surfaces with holographic optical elements

Interferometry for measuring the shape of large aspherical surfaces is reported. The interference fringe pattern between the parallel reference beam and the reconstructed wavefront from the master zone plate which is drawn by an electron-beam drawing machine is recorded on a hologram plate with off-axis optical arrangement. The hologram plate used as the standard element is reconstructed by the conjugate beam in a modified Twyman-Green interferometer. Insufficient parallelism of commercial hologram plates can be compensated by this method. It is also easy to make replicas. Some experimental results are also presented.     

Recording Fractional Fourier Transform Hologram Using Holographic Zone Plate

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＦＲＴ(ＦｒａｃｔｉｏｎａｌＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ )ｗａｓｆｉｒｓｔｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｙＮａｍｉａｓｉｎ 1 980ａｓａｍａｔｈｅｍａｔｉｃｔｏｏｌｉｎｑｕａｎｔｕｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ[1] .Ｉｎ1 993,ＭｅｎｄｌｏｖｉｃａｎｄＯｚａｋｔａｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｔｈｅＦＲＴａｔｏｐｔｉｃａｌｆｉｅｌｄｗｈｅｎｔｈｅｙｓｔｕｄｉｅｄｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｄｅｘ (ＧＲＩＮ )ｆｉｂｅｒ[2 ] ａｎｄａｐｐｌｉｅｄｔｈｅｐｕｒｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｆｏｒｍｕｌａｔｉｏ…     

Recording Fractional Fourier Transform Hologram Using Holographic Zone Plate

FRTH(fractional Fourier transform hologram) is a new kind of hologram that differs from common Fresnel holograms and Fourier transform holograms. Due to the flexibility of zone plate. A method that uses the -1 order diffraction wave of zone plate as the object wave and the 0 order diffraction wave as the reference wave to record FRTH is presented. It provides a new simple way to record FRTH. In this paper, the theory of achieving FRT and recording FRTH using holographic zone plate is presented and experimental results are given.     

改进型分形波带片的焦深特性研究

提出了一种具有增大焦深特性的改进型分形波带片(FZP).分析并推导了改进型分形波带片基于优化参数w的周期公式;计算了改进型分形波带片在菲涅耳近似下的衍射光场分布以及对应的横向光场分布特性因子,包括分辨率因子(G),施特雷尔比(S)以及旁瓣强度因子(M);同时分析了在不同的径向坐标r和r2下的改进型分形波带片的焦深特性,...     

产生特殊聚焦图形的二元光学元件

通过面积编码将伽博（Gabor)波带片的透过率函数的余弦分布等效为二元分布，研制了能产生各种特殊聚焦图形的二元光学元件。根据透镜聚焦的物理原理制作的二元振幅型波带片可以方便地产生多种聚焦线，给出了相应的实验结果，并讨论了改善聚焦效果的优化条件。     

利用拉曼自由电子激光测量目标毫米波散射特性的初步研究

介绍拉曼自由电子激光器应用于目标的毫米波散射特性研究所做的一些探索性工作。自由电子激光器是七十年代中期出现的一种新型强相干辐射源。拉曼自由电子激光输出在毫米波段具有高功率、可调谐等优点。利用自由电子激光辐射高能量和宽频带的特点，研究及材料的毫米波散射特性，开创了新的研究方向和研究途径，具有重大的应用前景。本文在这方面进行了探索性研究，得到了一些初步结果。     

One of ten billion earths – how we learn about our planet’s past and future from distant exoplanets

The classical Fresnel zone plate, with its alternate opaque and transparent zones, behaves like a lens which is simultaneously both converging and diverging. Improvements in the performance of such zone plates has recently led to some attention being given to their potential use as lenses in certain applications. The image formation involved in holography is strikingly similar to that characteristic of the zone plats and a hologram may be considered as a generalized zone plate. In this respect the sine-wave zone plate, in which the amplitude transmission is continuously distributed according to a sine-wave, is of primary importance. By examining the properties of such a plate it is possible to understand holographic image reconstruction.     

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。