轴对称磁透镜设计

以中国科学院近代物理研究所正在研制的轴对称磁透镜为例,设计了两种结构的轴对称磁透镜:带屏蔽铁壳的螺线管透镜和极靴形状为锥形的Glaser透镜。带屏蔽铁壳的螺线管透镜产生的轴对称磁场比较均匀,而极靴形状为锥形的Glaser透镜产生的轴对称磁场比较集中。分别采用了两种物理模型计算磁场,同时应用有限元分析软件ANSYS进行数值模拟,最后从物理和工程角度对这两种透镜作了全面比较,得出带屏蔽铁壳的螺线管透镜结构更符合设计要求。     

轴对称空间电荷透镜中的电子云

空间电荷透镜的聚焦特性决定于其电子云的大小、形状和密度分布.本文利用数值与解析方法讨论了这些参量.     

质子照相磁透镜的优化设计

 对质子照相系统中Zumbro磁透镜的参数进行了优化,使成像系统造成的图像模糊最小化,结果表明:构成Zumbro磁透镜的四极透镜对内外漂移段长度相等时,成像系统获得最小的图像模糊。对成像系统的视场进行了分析,表明视场对Zumbro透镜的参数不敏感。给出了质子能量为20 GeV时Zumbro透镜的参数,Geant4蒙特卡罗计算表明:所给的Zumbro透镜参数能正确成像。     

质子照相磁透镜的优化设计

对质子照相系统中Zumbro磁透镜的参数进行了优化,使成像系统造成的图像模糊最小化,结果表明:构成Zumbro磁透镜的四极透镜对内外漂移段长度相等时,成像系统获得最小的图像模糊。对成像系统的视场进行了分析,表明视场对Zumbro透镜的参数不敏感。给出了质子能量为20 GeV时Zumbro透镜的参数,Geant4蒙特卡罗计算表明:所给的Zumbro透镜参数能正确成像。     

电子束在磁透镜场中压缩传输理论

给出了强流相对论电子束在磁透镜场中压缩传输系数的理论公式和计算结果,其结果说明能量传输效率随磁透镜比的增大而减小,随阴极处磁感应强度的增大而增大,对于一个特定的系统存在一个能通量密度的极限值。     

用于ICF内爆诊断的质子成像磁透镜理论设计

根据加速器束流输运线设计的比例定律,设计了适用于ICF内爆DD反应产生的3.6 MeV准单能质子束成像的磁透镜系统。通过公式推导以及束流动力学追踪模拟,获得了类似于几何光学成像中的物像关系,并使用三维粒子追踪模拟验证了磁透镜成像的物像关系。物像关系的满足,使得可以对磁透镜系统进行封装,然后根据物像关系, 选择不同的物距以及相应的相距, 就可以对物体成不同大小的像。     

电子束在磁透镜场中压缩传输理论

 给出了强流相对论电子束在磁透镜场中压缩传输系数的理论公式和计算结果，其结果说明能量传输效率随磁透镜比的增大而减小，随阴极处磁感应强度的增大而增大，对于一个特定的系统存在一个能通量密度的极限值。     

一种实现冷原子束聚集的微磁透镜新方案

本文报道了对87Rb冷原子云聚焦的微磁透镜实验．磁透镜的核心部件是一个半径为2mm的微型线圈．当冷原子云沿线圈轴向运动到线圈附近时,线圈产生的非均匀磁场会对原子云实现纵向压缩．在线圈电流加载时间为10ms的情况下,原子云纵向尺寸随线圈电流增加先表现为会聚趋势;在某一电流值（0．9A）之后,表现为扩散趋势．与不加载线圈电流的情形相比较,电流为0．9A时的冷原子云纵向尺寸缩小了一个多量级,透镜焦距约为1．3mm．通过同时调节线圈电流的大小和作用时间,可实现对透镜焦距的调节．同时用数值模拟方法模拟了实验过程,模拟结果与实验结果基本符合．     

电子比荷测量的实验改进

采用平均效应求磁场强度的理论描述方法,研究了电子比荷测量实验,给出了比较理想的电子比荷测量实验结果.     

质子照相中成像磁透镜系统对次级质子的消除

为了解成像磁透镜系统使用对提高质子照相品质的作用,研究了成像磁透镜系统对核反应产生的次级质子的消除作用。利用MCNPX模拟了次级质子的能谱,结果表明：次级质子的平均能量不足照相质子束的50%。从次级质子的能量特性和成像系统质子运动学方面的分析表明：成像磁透镜系统可消除次级质子的影响。利用程序MCNPX对含成像磁透镜系统的质子照相进行了模拟,结果显示：成像磁透镜系统将次级质子对光程的影响减小到2%以下,显著提高了图像品质。     

轴对称磁场的束流光学及其在ECR离子源中的应用

带电粒子在轴对称磁场中一边沿着对称轴向前运动,一边绕对称轴旋转。所以横向运动可以分解为两部分：聚焦运动和子午面的旋转。因此,4维横向传输矩阵可以表示为聚焦矩阵和旋转矩阵的乘积。用旋转矩阵和聚焦矩阵重新推导了总的传输矩阵。然后给出了相应的相椭圆系数矩阵来进一步估算从ECR离子源引出束流的发射度.详细地讨论了束流分布函数的二次矩。     

Tight focusing of axially symmetric polarized vortex beams

Tight focusing of axially symmetric polarized vortex beams is studied numerically based on vector diffraction theory. The mathematical expressions for the focused fields are derived. Simulation results show that the focused fields and phase distributions at focus are largely influenced by both the polarization order and topological charge of the incident beams. Moreover, focal spots with flat-topped or tightly-focused patterns can be flexibly achieved by carefully choosing the polar- ization order and the topological charge, which confirms the potential of such beams in wide applications, such as optical tweezers, laser printing, lithography, and material processing.     

轴对称磁场的束流光学及其在ECR离子源中的应用

 带电粒子在轴对称磁场中一边沿着对称轴向前运动,一边绕对称轴旋转。所以横向运动可以分解为两部分：聚焦运动和子午面的旋转。因此,4维横向传输矩阵可以表示为聚焦矩阵和旋转矩阵的乘积。用旋转矩阵和聚焦矩阵重新推导了总的传输矩阵。然后给出了相应的相椭圆系数矩阵来进一步估算从ECR离子源引出束流的发射度.详细地讨论了束流分布函数的二次矩。     

Multiple optical trapping based on high-order axially symmetric polarized beams

Multiple optical trapping with high-order axially symmetric polarized beams(ASPBs) is studied theoretically,and a scheme based on far-field optical trapping with ASPBs is first proposed.The focused fields and the corresponding gradient forces on Rayleigh dielectric particles are calculated for the scheme.The calculated results indicate that multiple ultra-small focused spots can be achieved,and multiple nanometer-sized particles with refractive index higher than the ambient can be trapped simultaneously near these focused spots,which are expected to enhance the capabilities of traditional optical trapping systems and provide a solution for massive multiple optical trapping of nanometer-sized particles.     

Calculation of the resonance frequencies of an open dielectric axially symmetric resonator of piecewise constant radius

An algorithm is suggested for calculating the resonance frequencies of open dielectric axially symmetric resonators of piecewise constant radius suitable for an arbitrary layered axially symmetric dielectric filling. The resonator is placed into a case with ideally conducting walls of a sufficiently large radius. Cases are analyzed where the resonator structure is partly coated with a perfect conductor.     

行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管理论设计与实验研究

条纹变像管因其超高时间分辨特性而成为实现皮秒至飞秒量级时间分辨的重要测量仪器.本文设计了一种同时兼顾高时空分辨的行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管.该管型通过减小电子渡越时间以抑制空间电荷效应、采用偏转器前置以及行波偏转方式提高偏转灵敏度,实现整管时空分辨率的大幅提升.利用CST微波工作室有限元法数值计算条纹变像管行波偏转器的通频带宽、偏转灵敏度,结果表明:本设计中的行波偏转器因其较高的通频带宽特性实现了偏转器上的电磁波相速度在很宽频率范围内与电子轴向群速度匹配,产生更有效偏转.利用CST粒子工作室模拟追踪光电子的运行轨迹,通过最佳像面上的时间调制传递函数和空间调制传递函数,计算得到其理论时间分辨率可达220 fs,空间分辨率高于100 lp/mm.同时根据像差定义给出追踪实际电子轨迹的像差计算方法,实现对变像管成像质量评价.最后利用紫外灯对其进行静态测试,获得静态空间分辨率优于35 lp/mm的结果.     

STED microscopy based on axially symmetric polarized vortex beams

A stimulated emission depletion(STED) microscopy scheme using axially symmetric polarized vortex beams is proposed based on unique focusing properties of such kinds of beams. The concept of axially symmetric polarized vortex beams is first introduced, and the basic principle about the scheme is described. Simulation results for several typical beams are then shown, including radially polarized vortex beams, azimuthally polarized vortex beams, and high-order axially symmetric polarized vortex beams. The results indicate that sharper doughnut spots and thus higher resolutions can be achieved, showing more flexibility than previous schemes based on flexible modulation of both phase and polarization for incident beams.     

丰富测透镜焦距实验的内容

在普通物理光学实验中，焦距的测量通常使用单透镜作为待测透镜，但单透镜存在各种像差，会使测量结果的物理意义变得不清，对此本提出了一些改进意见。     

利用准直管法测凹透镜的焦距

介绍了利用准直管精确测量凹透镜焦距的方法，该方法借助一个焦距较长的凸透镜与被测凹透镜组成无焦系统，可以使准直管出射光束的张角发生改变；用一辅助凸透镜与一测微目镜进行平行光束的会聚，测出准直管玻罗板线对在辅助凸透镜焦平面上所成像的大小；经过相应计算可得到被测凹透镜的焦距。