一种近似矢量衍射模型在衍射微光学元件分析中的应用

标量衍射理论形式简洁，有很高实用性，但是在衍射微光学元件分析中显得模型粗糙，准确度下降。严格矢量衍射理论由于计算复杂，非常耗费时间和资源，因此也不是一种很有效的设计工具。 我们在本文中运用了一种简单的近似矢量衍射模型分析了几种典型衍射微光学元件衍射性能，此衍射模型采用了标量衍射理论和近似近场模型的结合。 TE和TM两种偏振模式均运用此近似矢量衍射模型进行了分析，我们发现此衍射模型可以得到比标量衍射理论更准确的结果，而与严格电磁场理论相比，它占用很少的计算时间。     

光盘信息符特征宽度的确定

光盘信息符的横向尺寸决定了光存储系统的存储面密度。采用二维正方形光栅作为光盘模型,通过三维矢量衍射理论的数值仿真,计算了信息符横向尺寸对读出信号调制度的影响,确定了最佳调制度对应的最佳坑宽。并与标量衍射理论的定性分析进行了对比。根据标量衍射理论,最佳调制度应出现在信息符面积为读出光斑面积一半时对应的信息符尺寸附近,且小于该尺寸;信息符的最佳坑宽,即信息符特征宽度取决于所用的光学系统;矢量衍射理论的定量计算结果符合标量衍射理论的分析,并更接近实际情况;标量衍射理论概念简单,适于定性分析,定量计算则存在较大的误差。     

圆孔衍射的透射系数

用平面波角谱衍射理论计算了圆孔衍射场 ,通过引入标量光场的能流密度矢量 ,计算了圆孔衍射的透射系数     

偏振对光学系统成像质量的影响

通常情况下,评价光学成像系统像质的几个重要参数,如能量集中度(Strehl比)、分辨率、焦深等,都是以标量衍射理论为基础进行计算和分析的.考虑光波的矢量偏振特性,尤其是在高数值孔径系统中,标量衍射的精度已不能满足精度要求.本文讨论了在采用矢量衍射计算方法基础上,上述成像参数的变化,所讨论系统入瞳面各点为偏振方向一致的线偏光或部分偏光,以便于考察偏振对所述成像参数的影响,通过公式推导和数值计算,得出了由于偏振的影响.系统衍射斑能量极大值变小,像面和偏振平行方向分辨率降低,分辨率出现各向异性,只有系统焦深受偏振影响较小.而这些矢量效应会随着系统数值孔径的提高而愈加明显,因此在分析处理数值孔径较高的光学系统时必须使用矢量衍射方法.最后讨论了轴外点衍射斑的计算.     

非傍轴衍射光束横截面上的光强及其能量传输

运用角谱表示的矢量衍射理论,以平面波微小圆孔的非傍轴衍射为例,给出了垂直于光束传输方向的横截面上不同定义的三种光强（传统光强I、功率密度Jz、时间平均能流密度矢量的z分量〈Sz〉）的计算公式,并进行了详细的数值计算和比较研究.指出对微小孔衍射的能量传输,必须考虑光场的矢量特性.应用能流密度矢量S和功率流密度矢量J,分别计算了微小孔非傍轴衍射的透射系数,得到了一些新的结论.     

衍射光学元件的效率研究

衍射光学元件的衍射效率是其在设计和应用时需要重点考虑的因素。用标量理论的方法分析可以得到较高的理论衍射效率。然而,标量理论所作的假定限制了其在高频衍射结构中分析结果的精确性,制作上的局限也降低了实际可能的衍射效率。讨论了标量分析的方法,并说明了怎样结合设计实际来实现对衍射效率的提高。     

光盘光学系统的矢量衍射理论分析

本文以完整的矢量衍射理论分析了光盘光学系统。首先将入射的聚焦光束分解为平面波谱 ,得到每个平面波的振幅矢量 ;然后计算光盘对每个平面波的衍射 ,得到衍射波的振幅矢量 ,从而得到了整个衍射波场的空间频谱 ;最后计算物镜光瞳上的能通量 ,得到光盘系统的读出信号。在衍射计算中 ,光盘被定义为二维金属光栅 ,根据信息符的不同模型 ,选用坐标变换方法、耦合波方法或模态方法。对于典型的 DVD光学系统来说 ,矢量理论的结论与标量理论相差甚远 ,要得到正确的结果就必须采用矢量衍射理论     

投影光刻离轴照明用衍射光学元件的矢量分析

使用衍射光学元件(DOE)作为投影光刻照明系统实现离轴照明(OAI)的光束整形匀光器件,能够在保持较高照明效率的基础上精确控制OAI光束的形状及光强分布.在矢量角谱传输方法的基础上,建立了投影光刻用DOE的矢量分析模型,并对标量方法设计的DOE在偏振照明情况下的匀光与整形性能进行了分析.分析结果表明DOE在大角度衍射、...     

光束截面的能量守恒及能量衍射发散度

证明了任何一个在真空中稳态传输的单色标量光束，在忽略了瞬逝波的条件下，其光束截面能量的径向分量Ｅ及轴向定量Ｅ都与轴坐标无关，它们都为不变量，文中还进一步给出了光束能量衍射分散度的Ｘ，Ｙ分量的表达式。     

非傍轴矢量光束二阶矩的发散特性

基于非傍轴矢量光束横截面上光强的精确表示和矢量二阶矩理论,应用严格的角谱表示的矢量衍射理论,对任意非傍轴矢量衍射光束的传输进行了系统的研究.给出了光束的束宽、横向发散角的积分表达式,论证了非傍轴矢量光束二阶矩的发散特性.对非傍轴矢量光束的束宽、发散角的定义及一些相关的问题进行了分析和讨论. 关键词： 矢量衍射理论 光束传输 矢量二阶矩 发散特性     

位相光栅衍射的矢量解法

采用矢量理论处理了多台阶位相光栅的衍射问题，用半数值的方法把微分方程转化成广义本征方程。在利用纵向边值关系作模式匹配时，引入了模式变换阵，反射系数阵和透射系数阵，从而获得了计算电磁场振幅系数阵的递推公式，最后求出任意偏振状态下各级透波和反射波的衍射效率。     

Period interaction on diffraction efficiency of blazed transmission gratings

The period interaction on diffraction of the blazed transmission gratings is analyzed with a modified extended scalar theory. For one certain period, the lights reflected from the neighboring structures can be refracted by the grating facets and form two extra fields on the bottom facet of blazed transmission gratings. The effects of this period interaction versus several diffraction orders for a fixed fabrication error of blazed transmission gratings with intermediate structures are discussed for both TE and TM polarizations. The results have been compared with those obtained with finite-difference time-domain method.     

太阳能无线输电演示仪的研制

应用电磁学理论以及电子技术自制了一套太阳能无线输电演示实验仪。该演示仪由太阳能进行供电,利用电磁耦合共振技术,实现了电能的无线传输。通过增加数码管电压-电流显示电路,可以定量显示电能传输随距离变化的效果,能精确而直观地演示电能无线传输的物理现象。该仪器结构简单、性能稳定、操作方便,可广泛用于课堂演示、课程设计等目的,在实际应用中取得了良好的教学效果。     

在Si-Ge晶体外延生长中的RHEED花样研究

在晶体衍射理论基础上,利用运动学理论解释了反射式高能电子衍射（reflection high energy electron diffraction, RHEED）在Si-Ge晶体外延生长过程中不同阶段出现的花样．尤其研究了晶体岛状生长之后出现的RHHED透射式衍射花样,并给出了相应的解释．解释了硅锗外延生长过程中的多晶环图案和孪晶衍射图案的含义,并给出各个生长阶段演化的工艺条件． 关键词： 硅锗外延生长 反射式高能电子衍射 表面重构 透射式衍射花样     

复合材料机身结构声学特性及影响参数分析

针对复合材料(以下简称"复材")结构进行声振分析,通过无限大障板理论和波动方程,分析复材平板和曲板结构的传声损失,并利用统计能量法分析壁板的隔声性能,与文献中的实验结果进行对比,验证建模的有效性。然后将复合材料机身结构等效成一个复材圆柱壳体结构,分析不同参数,包括压差、曲率半径、长度、铺层角度、纤维材料、加筋等对结构隔声性能的影响。最后与金属机身结构进行隔声性能对比,发现:在环频率与吻合效应频率之间,金属机身结构的传声损失明显大于复材机身结构,而在吻合效应频率以上频段,由于复材结构的吻合效应频率向低频移动,其传声损失好于金属机身结构。     

几种不同材料降能器对200 MeV质子放疗特性的蒙特卡罗模拟

能量选择系统是医用质子回旋加速器放疗系统中极其重要的部件,主要用来调节质子束能量,使得从加速器出来的质子束能量满足临床治疗计划的要求。能量选择系统的核心部件是降能器,目前降能器大多采用石墨作为降能材料。近些年提出用铍或者碳化硼替代石墨作为降能器材料的设想,以期望提高质子束流的传输效率。利用蒙特卡罗软件TOPAS模拟200 MeV质子在石墨、铍和碳化硼三种不同材料多楔形结构降能器中的输运过程,统计了穿过降能器后质子以及产生的次级中子的能量通量,并计算了质子束流在穿过不同降能器后的能量分散,据此得到了三种材料降能器厚度与质子能量之间的关系曲线,同时也分析了不同降能器对质子束传输效率的影响以及次级中子产额的情况。通过对比发现,三种材料降能器对束流的能量发散效果相当,而使用铍或者碳化硼都能提高束流传输效率,尤其铍降能器的性能较优。但铍和碳化硼与质子相互作用会产生更多的次级中子,因此在实际应用时需要更多地考虑次级中子对设备的辐射防护。Energy selection system (ESS) is an important component for medical proton cyclotron system. It has been widely used to modulate the proton energy in accordance with treatment requirements. ESS consists of the energy degrader which was mostly made of graphite. Recent years, to improve the transmission efficiency of the proton beams, beryllium and boron carbide have been proposed to substitute the graphite. In this work, the Monte Carlo code, TOPAS, was used to simulate the transport process of 200 MeV proton beams traversing the multi-wedge energy degrader made of graphite, beryllium and boron carbide, respectively. Energy fluxes of the protons and secondary neutrons after degrader, as well as the energy dispersion of the degraded proton beams, were calculated. It is found that the energy dissipation effect is nearly identical for all three kinds of degrader material, but using the beryllium or even boron carbide can improve the proton transmission efficiency. However, more secondary neutrons would be produced when proton beams interact with the beryllium and boron carbide, suggesting the need of additional consideration for radiation shielding to devices.     

单程大气传输的能量衰减研究

本文对激光束在大气传输中能量衰减的主要原因进行了分析，给现单程水平，垂直和斜路径大气传输的能量衰减表达式。     

大功率折叠式封离型CO2激光器

给出大功率折叠式封高型ＣＯ２激光器的设计思想和稳定性。