变栅距光栅的衍射实验仿真

依据多缝夫琅禾费衍射的基本原理,对一种平面变栅距光栅的光强分布作出了理论分析,导出了光强分布公式。用Matlab软件对变栅距光栅的衍射进行了模拟仿真研究,通过改变栅距变化系数和起始栅距的值,得出了在不同条件下的衍射谱线特征。该计算结果和研究方法在实际的变栅距光栅应用中具有参考价值,为变栅距光栅参数的设计和优化提供了理论依据。     

适用于宽带光的闪耀光栅衍射强度分布规律研究

变栅距光栅线位移传感器是一种新型波长编码位移传感器,为进一步提高传感器波长解调的精度和减小光源的体积,提出适用于全工作波段的恒定闪耀角变栅距光栅结构。首先采用经典光学的方法推导出变栅距闪耀光栅衍射强度分布公式,从理论上证明该光栅结构可实现在全工作波段提高变栅距光栅线位移传感器衍射光强。此外,制作出变栅距闪耀光栅样件证实了工艺可行性。在相同的条件下,对一组参数相同的闪耀光栅和矩形槽形光栅进行了衍射光强比对实验,得到变栅距闪耀光栅的衍射光强约为矩形变栅距光栅的衍射光强的1.7倍,并与按此衍射光强分布公式计算的结果一致。     

一种亚纳米级变栅距衍射光栅制作方法的研究

变栅距(VLS)衍射光栅具有自聚焦、像差校正等独特优点。VLS光栅要求的最小栅距变化量为亚纳米数量级,仅靠提高光栅刻划机的分度精度已很难实现,针对这一问题,提出了一种相位扫描方法用于光栅刻划机的变栅距分度控制,即通过对刻划机分度系统的干涉条纹进行微位移扫描来进行相位控制。实验结果表明,相位扫描方法达到了变栅距光栅所要求的亚纳米级的栅距变化精度。     

用于激光束分束的相位型衍射光栅的设计

光栅的种类很多,大学物理教学中所涉及到的光栅一般是平面光刻光栅.文中引入了一种相位型衍射光栅,简单介绍了相位型衍射光栅的工作原理及其制作.并以标量衍射理论为理论基础,设计出了一个能把激光高斯光束均匀分束的相位型光栅表面上的相位分布,最后进行了相关的计算机模拟,计算机模拟结果和预期想要得到的衍射图样是一致的.在大学物理教学中引入相位型衍射光栅的设计和计算机模拟,不仅可以拓宽知识点,同时也可以大大提高学生的学习兴趣.     

线偏振高斯光束通过复合型衍射光栅的传输特性

提出一种集合浮雕和折射率周期分布调制的复合型衍射光栅,并利用角谱表示和严格的模式理论研究了线偏振高斯光束通过这种复合型衍射光栅的传输特性.数值计算结果表明,在光栅的同一透射深度处复合型衍射光栅光强的起伏频率要比浮雕型光栅光强的起伏频率小.最后使用复合型衍射光栅模型,研究了亚波长体积相位全息光栅的表面起伏和入射光束的束腰宽度对衍射效率的影响. 关键词： 复合型衍射光栅 亚波长体积相位全息光栅 高斯光束 严格模式理论     

透射式矩形相位光栅的衍射光谱分析

提出了一种计算透射式矩形相位光栅衍射场的简便方法,计算并分析了透射式矩形相位光栅的衍射光谱,给出了相位光栅的衍射光谱与光栅材料的折射率、光栅厚度和入射波长的关系,得到了把衍射光能量集中到1级光谱的条件;并在相位光栅的应用方面作了探讨.     

基于一维光栅函数的纯相位全息编码

提出一种基于一维光栅函数进行纯相位编码的方法,该方法以双相位全息编码技术为基础,将复振幅图像编码成纯相位图,并将编码得到的相位图直接加载到相位型空间光调制器上进行光学重建。在重建过程中,用一个有低通滤波器的4-f系统选择衍射级次,并选用一级衍射分量进行重建。一维光栅函数编码可以提高一级衍射分量所能获得的能量。因为没有相位元件零级信息的影响,重建图像的质量得到了提升。数值模拟和实验结果证明,该方法可以有效重构编码复杂物体的振幅和相位,该方法得到的一级衍射能量比二维棋盘格函数编码得到的一级衍射能量高。     

2000lp/mm X射线透射变栅距光栅的研究

针对X射线透射光栅摄谱仪中对高线密度聚焦变栅距光栅的需要,利用电子束光刻技术,研制了X射线透射变栅距光栅。利用变栅距光栅的自动生成宏文件程序,优化设计了变栅距光栅的版图,然后利用电子束光刻和微电镀技术在聚酰亚胺薄膜底衬上制备了X射线透射变栅距光栅。制作出中心线数为2000lp/mmX射线透射变栅距光栅,栅距变化符合设计要求。衍射效率标定的结果表明,制备的变栅距光栅在中心波长处聚焦作用明显,可以大幅提高衍射光强度和光栅的分辨本领,具有重要的应用价值。     

线性化求解非线性记录光栅耦合波方程

采用折射率调制特性为上凸型和下凹型的调制曲线,提出了线性化求解非线性记录全息图耦合波方程的方法。以反射相位型全息光栅为例,用耦合波理论分析计算了记录介质折射率调制为上凸型和下凹型调制曲线的体全息图的衍射光谱特性。计算结果表明,折射率调制类型对光栅衍射光谱的带宽有较大影响,对次峰峰值也有影响,而对主峰峰值和峰值位置影响不大。这些结果可以解释实验测得的全息光栅衍射光谱带宽较宽和光栅衍射光谱的多样性。     

计算机制相位彩虹全息近眼显示

基于现有的相位空间光调制器,提出并实现了计算机制相位彩虹全息近眼显示.指出带限条件下物光在全息面上相位分布的计算及高频闪耀光栅纵向色散的控制是实现相位彩虹全息的关键要素.在计算相位彩虹全息图时,首先利用带限条件下的角谱衍射算法获取全息面上物光的复振幅分布,并利用双向误差扩散算法将复振幅分布编码为相位分布.然后,对参考光对应的高频闪耀光栅的相位进行编码,得到计算机制相位彩虹全息图.最后,设计了包含白色点光源、准直透镜、空间光调制器、4f滤波系统及目镜的全息彩色近眼显示系统,并通过光学再现获得了相位彩虹全息近眼显示效果,证明了所提方法的有效性.     

Off-axis phase-only holograms of 3D objects using accelerated point-based Fresnel diffraction algorithm

A method for calculating off-axis phase-only holograms of three-dimensional (3D) object using accelerated point-based Fresnel diffraction algorithm (PB-FDA) is proposed. The complex amplitude of the object points on the z-axis in hologram plane is calculated using Fresnel diffraction formula, called principal complex amplitudes (PCAs). The complex amplitudes of those off-axis object points of the same depth can be obtained by 2D shifting of PCAs. In order to improve the calculating speed of the PB-FDA, the convolution operation based on fast Fourier transform (FFT) is used to calculate the holograms rather than using the point-by-point spatial 2D shifting of the PCAs. The shortest recording distance of the PB-FDA is analyzed in order to remove the influence of multiple-order images in reconstructed images. The optimal recording distance of the PB-FDA is also analyzed to improve the quality of reconstructed images. Numerical reconstructions and optical reconstructions with a phase-only spatial light modulator (SLM) show that holographic 3D display is feasible with the proposed algorithm. The proposed PB-FDA can also avoid the influence of the zero-order image introduced by SLM in optical reconstructed images.     

一种二元溶液折射率的计算方法

在20℃下配制了一系列浓度的丙三醇—乙醇溶液,测定了各溶液的密度ρ与折射率n。用一种电磁感应原理导出的计算方法n=1+ρ(x1D1+x2D2)对这些丙三醇—乙醇溶液的折射率进行了计算,结果表明,此方法之折射率计算值与实测值符合很好。     

Fe-Ti多层调制膜固态反应扩散的动态原位法X射线衍射研究

本文用动态原位法x 射线衍射研究了Fe-Ti 多层调制膜的固态反应扩散, 比较准确地测量了组份调制衍射峰强度的变化,并同时观测了峰位的移动, 计算出不同温度下Fe-Ti 多层调制膜的扩散系数, 并给出其随时间变化的曲线. 根据扩散系数随时间变化率, 计算出与粘滞弛豫相关的激活能 Q=8.3 士0 .2 kcal/ mol. 关键词：     

基于液晶空间光调制器的全息显示

在传统的纯相位全息显示系统中, 一般基于快速傅里叶变换(FFT)算法来计算相位全息图, 在FFT的计算中需要遵循Nyquist采样定理, 因此, 重建图像的尺寸往往受限于空间光调制器的固定采样率. 这个限制可以通过卷积算法或者两步菲涅耳衍射算法来解决, 但是需要使用多个FFT的计算, 导致计算量增大. 鉴于此, 提出了一种基于透镜的纯相位全息图计算方法. 在全息图的计算中, 通过透镜的成像原理建立一个采样率可变的虚拟全息面, 通过调节相应的距离参数使得在全息图的计算中可以任意调节原始图像的采样率, 摆脱了传统方法中液晶空间光调制器带宽积对重建图像尺寸的限制, 并且这种算法只需使用一次FFT就能达到变采样率的衍射计算, 大幅提高了全息图的计算速度. 数值模拟及光学实验结果证明了此方法可以在全息显示光学系统中清晰地重建不同尺寸的图像. 同时该系统可以有效地消除由空间光调制器的像素化结构带来的零级衍射.     

极紫外投影光刻接触孔掩模的快速仿真计算

采用一个极紫外投影光刻掩模衍射简化模型实现了三维接触孔掩模衍射场的快速仿真计算。基于该模型,得到了接触孔掩模衍射场分布的解析表达式,并对光刻成像时的图形位置偏移现象进行了解释和分析。简化模型中,掩模包括吸收层和多层膜两部分结构,吸收层的透射利用薄掩模修正模型进行计算,多层膜的反射近似为镜面反射。以周期44 nm、特征尺寸分别为16 nm和22 nm的方形接触孔为例,入射光方向发生变化时,该简化模型与严格仿真相比,图形特征尺寸误差小于0.4 nm,计算速度提高了近100倍。此外,考虑到多层膜镜面位置对图形位置偏移量的影响,得到了图形位置偏移量的计算公式,其计算结果也与严格仿真相一致。     

Influence of molecular clustering on the interpretation of diffractograms of hydrocarbon films from tokamak T-10

The influence of molecular clustering on the formerly suggested interpretation of diffraction patterns of hydrocarbon films formed in the vacuum vessel of the tokamak T-10 is analyzed numerically. The simulation of clustering of simple hydrocarbon molecules C(D, H)₄, C₂(D, H)₄, and C₆(D, H)₆ and molecules composed of curved graphene (fullerenes and toroidal nanotubes) is carried out with the rigid body molecular dynamics method. It is shown that formerly neglected atomic correlations C–C and C–D(H) in the amorphous hydrocarbon component decrease the calculated values of the scattered intensity in the range of scattering vector modulus 5 < q < 20 nm^–1 because of homogenization of scatters on the spatial scale of ~1 nm. The allowance for these correlations does not change the diffraction patterns in the range q > 20 nm^–1. The results suggest the necessity to introduce to the procedure of determining the structural content of the films, similar to those from the tokamak T-10, the clusters formed by the van der Waals adhesion of hydrocarbon molecules to “graphene” nanoparticles. This simplifies the mathematical optimization to the former level of complexity—but for an extended ensemble of objects—and makes it possible to calculate the diffraction patterns of these objects using the distributed computing resources. A modified algorithm of structural content identification on the basis of joint X-ray and neutron diffractometry is suggested.     

图像传输方法测量海水的点扩展函数

海水水体的点扩展函数（PSF）及光学传递函数（OTF）描述了海水中光或图像传输的性质,是研究海水光学性质及水下图像系统的基本参数。探讨了用图像传输的理论测量海水点扩展函数或光学传递数的方法,在实验室中建立了一套测量和计算系统;对不同长度的散射水体进行了测量,得到了一维和二维的海水点扩展函数曲线,测量结果与理论分析相符合。     

弥散体相关散射的体-面平均直径D_(32)的检测

本文应用分层模型处理较高浓度的弥散体产生的相关散射。计算各层满足单散射条件时的相函数,求得散射几率函数,利用它再计算前向散射的光能分布;对于较大微粒,按衍射理论计算,建立多重散射模型,应用迭代法计算多重散射的光能量分布;测量了不同浓度的玻璃微珠产生的散射光能量功率谱,将其与模拟计算值作比较,并以上限公布函数作有约束的优化处理,计算了D_(32)。文中用图像分析系统对样品作出二值化图,把统计数据与测量结果作了比较。     

Photonic band structure of one-dimensional metal/dielectric structures calculated by the plane-wave expansion method

The plane-wave expansion(PWE) method is employed to calculate the photonic band structures of metal/dielectric(M/D) periodic systems. We consider a one-dimensional(1D) M/D superlattice with a metal layer characterized by a frequency-dependent dielectric function. To calculate the photonic band of such a system, we propose a new method and thus avoid solving the nonlinear eigenvalue equations. We obtained the frequency dispersions and the energy distributions of eigen-modes of 1D superlattices. This general method is applicable to calculate the photonic band of a broad class of physical systems, e.g. 2D and 3D M/D photonic crystals. For comparison, we present a simple introduction of the finite-difference(FD) method to calculate the same system, and the agreement turns out to be good. But the FD method cannot be applied to the TM modes of the M/D superlattice.     

量子理论新方法研究光的双缝衍射

用量子理论新方法研究光的双缝衍射实验现象,首先用光的量子理论计算光在缝中双缝衍射的波函数,再由基尔霍夫定律计算光的衍射波函数,由衍射强度正比于衍射波函数模方,从而得到光双缝衍射强度的解析式,把量子理论计算结果和经典电磁理论计算结果以及与实验数据三者进行比较,发现量子理论结果与实验数据符合更好,而经典电磁理论计算结果与实验有一定偏差.从而说明量子理论更能精确解释光的衍射现象.该方法还可进一步研究光的单缝、多缝以及光栅衍射的实验现象.