基于扩展标量衍射理论的多层衍射元件基底材料选择方法

基于扩展标量衍射理论(Extended Scalar Diffraction Theory,ESDT),建立了衍射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)的有效微结构高度、有效周期宽度、入射角度、基底材料与衍射效率之间的理论关系模型。提出了斜入射时,利用基于ESDT的DOE基底材料选择方法。以工作在MWIR-LWIR双波段的多层衍射光学元件(Multilayer Diffractive Optical Element,MLDOE)为例进行分析。结果表明:积分衍射效率(Polychromatic Integral Diffraction Efficiency,PIDE)不仅与MLDOE的微结构高度相关,同时受周期宽度、入射角及基底材料等因素的影响。对于基底材料组合AMTIR1-ZNS,在所有周期宽度下均能获得最小的衍射效率差值,而对于基底材料组合GE-ZNS,在所有周期宽度下均能获得最大的衍射效率差值。对比分析MWIR-LWIR双波段下ZNSE-ZNS和AMTIR1-ZNS两组基底材料组合PIDE>90%的角度范围,当周期宽度为500μm时,ZNSE-ZNS的入射角度范围为4.5°,而AMTIR1-ZNS的入射角度范围为5.4°,然而,随着周期宽度的增加,ZNSEZNS的入射角度范围反超了AMTIR1-ZNS。该设计方法和结论可以用于指导双波段红外光学系统中MLDOE的设计。

标量衍射理论的非傍轴近似及其有效性

当光束束腰(或衍射孔孔径)可与波长相比拟或光束具有较大的发散角时,傍轴近似不再成立·在标量瑞利-索末菲衍射积分的基础上,进一步研究了衍射场的非傍轴近似解,并详细分析了解的有效性·以平面波圆孔衍射为例,对衍射场的精确解、非傍轴近似解以及菲涅耳近似解进行了详细的数值计算和比较研究·结果表明,非傍轴近似对微小孔衍射非常精确、有效·

矢量衍射理论的级数解及其标量近似的有效性

当光束具有较大的发散角或光束束腰可与波长相比拟时,傍轴近似,甚至标量衍射理论都不再成立。文章在平面孔矢量衍射理论角谱表示的基础上,给出了衍射场纵向分量的级数解,指出在非傍轴区对衍射场矢量修正的必要性,分析了标量衍射理论的有效性。并以圆孔衍射为例进行了详细的数值计算,并就一些相关的问题进行了讨论。

基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪衍射效应分析

对基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪的衍射效应进行了计算分析,讨论了多级微反射镜宽度,衍射距离以及波长产生的衍射效应对光谱复原的影响。从模拟的结果可知,在衍射距离小于10 cm,反射面宽度大于0.5 mm的情况下,衍射效应较小,而且探索出了一种可以减小噪声的数据处理方法。文章的结论将应用于微型傅里叶变换红外光谱仪的设计、数据处理以及系统的优化。

二元光学元件横向加工误差对衍射效率的影响

横向加工误差包括对准误差和线宽误差,加工误差对衍射效率的影响是二元光学元件研究的重要问题。本文基于标量衍射理论,提出了一种与MATLAB相结合的分层计算方法,重点分析了4阶和8阶二元光学元件横向加工误差和衍射效率的关系。结果表明,控制8阶二元光学元件对准误差,可抑制衍射效率的迅速下降,适当调整线宽能够减小对准误差造成的影响。这些结果对二元光学元件的加工有重要的参考价值。该方法简便且适用性强,可对二元光学元件的加工误差进行准确分析。

光栅的标量衍射理论与耦合波理论的分析比较

光栅的标量衍射理论是计算衍射效率的一种近似方法 ;耦合波理论是分析光栅衍射的严格方法。本文详尽地分析了这两种方法在计算具体的光栅衍射问题时的异同 ,从中得出了有意义的结论 :光栅的标量衍射理论的近似是有条件的 ,光栅周期和光栅槽形就是影响这一近似条件的两大因素。

95GHz回旋管内置准光模式转换器仿真设计

高功率毫米波回旋管输出的高阶模式不利于空间传输,必须进行模式转换。由于不便采用波导模式转换器,因此对内置准光模式转换器进行了研究。内置准光模式转换器由Vlasov辐射器、准抛物柱面镜和相位修正镜组成。基于标量衍射理论和KSA算法,编制了数值模拟程序,设计了相位修正镜。计算分析了参考平面处的场分布,表明该准光模式转换器的标量转换效率大于98%,矢量转换效率大于93%。计算结果表明,该方法可以高效地指导准光模式转换器的设计。

平面孔的远场矢量衍射理论及其标量近似

在矢量衍射理论的基础上 ,给出了偏振光、自然光照射的情况下 ,平面孔远场衍射的矢量描述 ,与标量衍射理论进行了比较 ,指出了标量衍射理论的误差及适用范围 ;对于孔径与波长相当的微小孔的大角度衍射 ,标量衍射理论存在一定的误差 ,而必须采用矢量衍射理论。

熔石英损伤修复坑下游光场调制的数值模拟与实验研究

系统研究了熔石英激光损伤修复后的形貌特征,根据测量数据建立了典型的损伤修复坑三维模型,利用标量衍射理论并结合快速傅里叶变换算法研究了修复坑在351 nm激光辐照下游光场调制的分布规律.研究表明,修复坑引起的光场调制会使得下游不同距离位置处出现环形光场增强区和轴上位置光场增强点;环形光场增强区位置距离修复元件较近,其环形调制极大值主要受修复坑深度的影响,且随修复坑深度的增大而逐渐增加;轴上位置光场增强点位置距离修复元件较远,其轴上调制极大值主要受修复坑边缘凸起高度的影响,且随凸起高度的增大而快速增加;环形调制极大值或轴上调制极大值增大的同时,其分布位置与修复元件之间的距离均会逐渐减小.实验验证表明,利用三维修复坑模型得到的下游光场调制数值模拟结果与实验测量结果具有较好的一致性.本研究结果对控制熔石英元件损伤修复形貌特征以抑制调制增强效应给出了具体的控制方向,对修复工艺的改进与完善提供了非常有意义的参考.

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。

用于惯性约束核聚变(ICF)激光驱动系统中集成衍射光学元件的特性研究

基于标量衍射理论,分析了集成光束采样光栅和色分离光栅于一体的衍射光学元件的衍射效率,及其结构和主光束低频波前畸变量的关系.并将其衍射效率、能量损耗以及分离角,和使用单个的采样光栅和色分离光栅进行了比较.计算分析表明,集成后的衍射光学元件基本上没有改变各级衍射效率的大小,也没有改变基频光和二倍频光的分离角,但可提高光能利用率.以上结果,可为此类集成光学元件应用于ICF的可行性提供理论依据.

基于标量衍射理论下的球面折射微透镜对高斯光束的准直研究(英文)

本文应用瑞利 -索末菲标量衍射理论分析了具有球面轮廓的折射微透镜对激光器输出高斯光束的准直特性 .数值结果显示 ,在最佳准直条件下 ,高斯光束经过球面折射微透镜准直后的传输是一个振荡过程 ;同时 ,如果不考虑微透镜的衍射效率 ,当球面折射微透镜的F数越大 ,高斯光束经过准直变换后的远场发散角越小 .

标量衍射理论的非傍轴修正

当光束具有较大的发散角或光束束腰可与波长相比拟时,傍轴近似不再成立。用微扰级数法处理非傍轴光束的传播问题,数值计算发现,对受硬边光阑限制的光束,由于高频分量的贡献,当传输距离较大时,高阶级数解的修正效果不好,甚至失效,级数解的有效范围将受到很大限制。在标量衍射理论角谱表示的基础上,以平面波圆孔衍射为例,给出了衍射场的非傍轴修正解,得到的非傍轴修正解避免了级数解本身在数学上的发散性问题,并在一定条件下,可过渡到级数解,并且指出在近场或非傍轴区对傍轴解进行高阶修正的必要性和有效性。

高密度光盘循轨伺服中盘片径向倾斜的影响分析

基于标量衍射理论,根据实际光盘的参数,对数字多用途光盘(DVD光盘)的循轨行为进行了分析。在此基础上,针对盘片产生径向倾斜的情况引入了倾斜参数,对盘片模型进行了补充。对光盘的径向倾斜误差和系统循轨伺服的交叉影响进行了分析和讨论。

不同类型修复坑形貌对光传输的影响

建立了不同类型熔石英元件损伤修复坑形貌的三维模型,利用标量衍射理论并结合快速傅里叶变换算法研究了在351nm激光辐照下修复坑形貌对光传输的影响规律。研究表明,无论是锥形、抛物形或是高斯形修复坑形貌,均会产生离轴位置的环形光场调制增强区,其环形调制极大值均主要受修复坑深度影响,随着修复坑深度的增大而增大,而其分布位置随着修复坑深度的增加逐渐靠近修复元件后表面,随着修复坑底面半径的增大而远离修复元件后表面;同时,当修复坑深度与底面半径一定时,三类修复坑形貌中以抛物形修复坑形貌最为理想。

一种改进的非傍轴Beckmann-Kirchhoff随机表面散射模型研究

针对Beckmann-Kirchhoff(B-K)散射模型在非傍轴区域入射和散射存在非物理不连续问题,介绍了一种改进的B-K模型。该模型使用新因子替换原有几何因子,消除散射光辐射强度和辐射亮度在非傍轴区域的差异,在计算中使输入光能和输出光能满足能量守恒定理的要求。和实验数据比较,改进的B-K模型在大角度掠射时理论数据曲线表现出对实验数据良好的预测性能,较好解决了原有模型在非傍轴区域入射和散射非物理不连续这一问题。

接近式光刻的计算机模拟研究

在接近式光刻中,衬底上的光强分布主要是受掩模与衬底间的间隙引起的衍射影响。一般的模拟分析中,都是利用菲涅尔近似模型进行分析。根据光的标量衍射理论,分析了菲涅尔近似模拟的误差起源,并对菲涅耳近似模型进行了修正,得到了更加准确的类菲涅耳近似模型,对这两种模型的模拟结果进行了比较。结果表明,即使在比较接近掩模表面或非傍轴条件下,类菲涅尔近似模型也能够得到比较精确的模拟结果。

高密度光盘径向倾斜对DPD循轨误差信号影响分析

根据高密度光盘参数 ,计算了聚焦光斑在光盘表面扫描过程中每个位置的光瞳光强分布 ,得到DPD(Differ entialPhaseDetection)循轨误差信号。考虑盘片的径向倾斜 ,在光瞳光强分布方程中引入盘片的径向倾斜角度参数 ,计算了高密度盘片产生径向倾斜时DPD循轨误差信号的变化 ,进而分析了盘片的径向倾斜引入的循轨伺服误差及其对循轨伺服的负面影响。结果表明 ,高密度盘片产生 0 .5°的径向倾斜相当于引入了 0 .0 12

激光光场的分数傅里叶变换

分数傅里叶变换已经引入标量衍射理论,但实际应用方面的研究成果相对较少,特别是用于衍射计算。将分数傅里叶变换直接应用于衍射的模拟,并与传统标量衍射理论进行比较。研究表明,分数傅里叶变换结果可以解释激光光场的传输与变换,可以更广泛地应用于信息光学中。

非傍轴标量衍射理论的比较研究

当光束束腰(或衍射孔孔径)可与波长相比拟或光束具有较大的发散角时,傍轴近似不再成立。以高斯光束的微小圆孔衍射为例,在非傍轴条件下,对衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确解进行了详细的数值计算和比较研究。结果表明,高斯光束经圆孔衍射的级数解、非傍轴近似解的有效性与高斯光束的束腰半径、衍射孔孔径和传播距离有关,并具有一定的互补性。