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Performance analysis of single-focus phase singularity based on elliptical reflective annulus quadrangle-element coded spiral zone plates
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作者 臧华平 王宝珍 +7 位作者 郑程龙 魏来 范全平 王少义 杨祖华 周维民 曹磊峰 郭海中 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期441-448,共8页
Optical vortices generated by the conventional vortex lens are usually disturbed by the undesired higher-order foci,which may lead to additional artifacts and thus degrade the contrast sensitivity. In this work, we pr... Optical vortices generated by the conventional vortex lens are usually disturbed by the undesired higher-order foci,which may lead to additional artifacts and thus degrade the contrast sensitivity. In this work, we propose an efficient methodology to combine the merit of elliptical reflective zone plates(ERZPs) and the advantage of spiral zone plates(SZPs) in establishing a specific single optical element, termed elliptical reflective annulus quadrangle-element coded spiral zone plates(ERAQSZPs) to generate single-focus phase singularity. Differing from the abrupt reflectance of the ERZPs, a series of randomly distributed nanometer apertures are adopted to realize the sinusoidal reflectance. Typically, according to our physical design, the ERAQSZPs are fabricated on a bulk substrate;therefore, the new idea can significantly reduce the difficulty in the fabrication process. Based on the Kirchhoff diffraction theory and convolution theorem, the focusing performance of ERAQSZPs is calculated. The results reveal that apart from the capability of generating optical vortices,ERAQSZPs can also integrate the function of focusing, energy selection, higher-order foci elimination, as well as high spectral resolution together. In addition, the focusing properties can be further improved by appropriately adjusting the parameters, such as zone number and the size of the consisted primitives. These findings are expected to direct a new direction toward improving the performance of optical capture, x-ray fluorescence spectra, and forbidden transition. 展开更多
关键词 optical vortex single-focus spiral zone plate topological charges
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Characterization of focusing performance of spiral zone plates with fractal structure
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作者 臧华平 郑程龙 +10 位作者 吉子雯 范全平 魏来 李永杰 牧凯军 陈述 王传珂 朱效力 谢常青 曹磊峰 梁二军 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第6期184-188,共5页
We propose an efficient method of generating a vortex beam with multi-foci by using a fractal spiral zone plate(FSZP), which is designed by combining fractal structure with a spiral zone plate(SZP) in the squared radi... We propose an efficient method of generating a vortex beam with multi-foci by using a fractal spiral zone plate(FSZP), which is designed by combining fractal structure with a spiral zone plate(SZP) in the squared radial coordinate.The theoretical analysis reveals that the number of foci that embed vortices is significantly increased as compared with that obtained by using a conventional SZP. Furthermore, the influence of topological charge on the intensity distribution in focal plane is also discussed in detail. For experimental investigation, an FSZP with topological charge p = 1 and 6.4 mm diameter is fabricated by using a photo-etching technique. The calibration indicates that the focusing performances of such a kind of zone plane(ZP) accord well with simulations, thereby providing its potential applications in multi-dimensional optical manipulation and optical imaging technology. 展开更多
关键词 OPTICAL VORTICES spiral zone plate DIFFRACTIVE OPTICAL elements
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Generation of single-focus phase singularity by the annulusquadrangle-element coded binary square spiral zone plates
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作者 Huaping Zang Zhuanglei Miao +8 位作者 Mengguang Wang Quanping Fan Lai Wei Chuanke Wang Weimin Zhou Yilei Hua Leifeng Cao Xinlian Xue Haizhong Guo 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第9期72-78,共7页
Optical vortices(OVs) with unique square symmetry are widely used in various applications including particle manipulation,microscopy, and image processing. However, the undesired higher-order foci introduced by the co... Optical vortices(OVs) with unique square symmetry are widely used in various applications including particle manipulation,microscopy, and image processing. However, the undesired higher-order foci introduced by the conventional vortex lens such as square spiral zone plates(SSZPs) may lead to additional artifacts and thus degrade contrast sensitivity. In this endeavor, herein,we propose a methodology to combine the merit of SSZPs and the advantage of Gabor zone plates(GZPs) in establishing a specific single optical element, termed binary single focused square spiral zone plates(BSSZPs). In contrast to the abrupt transitions of the SSZPs, our central idea aims to realize the sinusoidal transmittance along the radial direction of SSZPs by a series of randomly distributed annulus-quadrangle-shaped nanometer structure apertures. The innovative design can simultaneously generate OVs with unique square symmetry, and eliminate the interference of higher-order foci along the propagation direction. Guided by our theoretical predication, the focusing property of such optics was further experimentally demonstrated.These findings are expected to direct new avenue towards improving the performance of optical image processing and alignment system. 展开更多
关键词 optical vortices higher-order diffraction spiral zone plates topological charges
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Generation of X-ray vortex with ultra-long depth of focus using axial line-focused spiral zone plates
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作者 臧华平 郑程龙 +5 位作者 范全平 王传珂 魏来 曹磊峰 汪相如 梁二军 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第8期12-16,共5页
We propose axial line-focused spiral zone plates (ALFSZPs) for generating tightly focused X-ray vortex beams with ultra-long depth of focus (DOF) along the propagation direction. In this typical design, compared w... We propose axial line-focused spiral zone plates (ALFSZPs) for generating tightly focused X-ray vortex beams with ultra-long depth of focus (DOF) along the propagation direction. In this typical design, compared with the conventional spiral zone plates (SZPs) under the same numerical aperture (NA), the DOF of ALFSZPs has been extended to an ultra-length by optimizing the corresponding parameters. Besides, it also exhibits lower side lobes and smaller dark cores in the whole focus volume. The diameters of dark cores increase as the topological charge value increases. 展开更多
关键词 Generation of X-ray vortex with ultra-long depth of focus using axial line-focused spiral zone plates
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利用螺旋型波带片进行边缘增强成像 被引量:5
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作者 易涛 曹磊峰 +4 位作者 杨国洪 刘慎业 朱效立 谢常青 董建军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2075-2078,共4页
为了提高对等离子体内界面区域的诊断精度,研究了利用螺旋型波带片实现边缘增强成像的技术。制作了用于可见光波段的一阶螺旋型波带片,最外环宽度3μm。利用螺旋型波带片对振幅式物体进行了边缘增强成像,实验获得了成像物体内边界区域... 为了提高对等离子体内界面区域的诊断精度,研究了利用螺旋型波带片实现边缘增强成像的技术。制作了用于可见光波段的一阶螺旋型波带片,最外环宽度3μm。利用螺旋型波带片对振幅式物体进行了边缘增强成像,实验获得了成像物体内边界区域的清晰图像,界面区域的成像强度得到很大增强。通过实验测量发现,当物距在菲涅耳衍射区域内时,螺旋型波带片也能够获取较好的成像质量,表明螺旋型波带片具有较大的视场角,能够对大尺度物体进行边缘成像。基于螺旋型波带片的边缘增强成像可以弥补传统成像方式对界面区域成像的不足,提高对等离子体内界面区域的诊断能力。 展开更多
关键词 图像边缘增强 螺旋型波带片 径向希尔伯特变换 空间滤波
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螺旋光子筛用于相衬成像的模拟研究
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作者 余建 李军 +7 位作者 易涛 刘慎业 肖沙里 杨志文 李守贝 陈黎 邓克立 郑建华 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期121-126,共6页
为了提高螺旋波带片用于相衬成像的分辨率和成像对比度,因此本文将螺旋波带片的透光环带替换为透光微孔,以类-贝塞尔函数作为螺旋光子筛透过率的振幅调制窗函数设计了一种螺旋光子筛.在相同的特征尺寸下,螺旋光子筛比螺旋波带片具有更... 为了提高螺旋波带片用于相衬成像的分辨率和成像对比度,因此本文将螺旋波带片的透光环带替换为透光微孔,以类-贝塞尔函数作为螺旋光子筛透过率的振幅调制窗函数设计了一种螺旋光子筛.在相同的特征尺寸下,螺旋光子筛比螺旋波带片具有更大的数值孔径,因此分辨率更高.同时基于光瞳切趾原理,经过类-贝塞尔振幅调制窗函数对螺旋光子筛透光微孔的分布进行调制,螺旋光子筛的成像对比度将高于螺旋波带片.通过数值计算和仿真分析表明:螺旋光子筛的点扩展函数主瓣宽度相对于螺旋波带片更窄,旁瓣幅值也相对更低.在相衬成像中,螺旋光子筛不仅能够消除螺旋波带片对圆盘状位相物体成像时图像的"浮雕"效应而且能够更为清晰地分辨出位相跳变更为密集的周期矩形条状物体.因此,螺旋光子筛用于相衬成像中将具有更高的成像分辨率和成像对比度,其在医学领域将具有广阔的运用前景. 展开更多
关键词 螺旋波带片 螺旋光子筛 振幅调制 相衬成像 类一贝塞尔函数 径向希尔伯特变换 边沿增强 分辨率 对比度 浮雕效应
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螺旋型波带片成像特性研究 被引量:5
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作者 易涛 董建军 +2 位作者 朱效立 杨国洪 刘慎业 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期753-757,共5页
研究了螺旋型波带片的成像特性。螺旋型波带片是一种新型成像元件,能够实现光学希尔伯特变换,获取边缘增强图像。采用快速傅里叶变换算法对螺旋型波带片的成像进行了数值模拟,分析了其成像特性并实验进行验证。通常螺旋型波带片作为空... 研究了螺旋型波带片的成像特性。螺旋型波带片是一种新型成像元件,能够实现光学希尔伯特变换,获取边缘增强图像。采用快速傅里叶变换算法对螺旋型波带片的成像进行了数值模拟,分析了其成像特性并实验进行验证。通常螺旋型波带片作为空间滤波器要求物距满足夫琅禾费(Fraunhofer)衍射条件,理论计算表明在某些菲涅耳(Fresnel)衍射区域内螺旋型波带片仍可获得良好的成像效果,因此螺旋型波带片的实际视场比根据夫琅禾费衍射条件限定的视场要大。实验结果与数值模拟的吻合很好。因此利用快速傅里叶变换算法对螺旋型波带片成像质量模拟可以有效评估成像质量,对螺旋波带片显微镜的设计有重要的指导意义。 展开更多
关键词 傅里叶光学 螺旋型波带片 希尔伯特变换 边缘增强 空间滤波
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螺旋型波带片成像的空间分辨率研究 被引量:4
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作者 易涛 曹磊峰 +4 位作者 刘慎业 杨国洪 谢常青 朱效立 董建军 《光电子.激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1089-1092,共4页
研究了1阶螺旋型波带片(SZP)的聚焦特性,提出了一种数值计算SZP空间分辨率的方法。通过数值计算获得SZP的聚焦特性曲线,计算出SZP对刀边图形的响应曲线,根据响应曲线并结合光学相干叠加原理,确定SZP的空间分辨率。理论分析得到模拟计算... 研究了1阶螺旋型波带片(SZP)的聚焦特性,提出了一种数值计算SZP空间分辨率的方法。通过数值计算获得SZP的聚焦特性曲线,计算出SZP对刀边图形的响应曲线,根据响应曲线并结合光学相干叠加原理,确定SZP的空间分辨率。理论分析得到模拟计算和实验结果的验证。 展开更多
关键词 螺旋型波带片(SZP) 边缘增强 空间分辨率
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螺旋型波带片聚焦特性研究 被引量:2
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作者 易涛 杨国洪 +3 位作者 韦敏习 刘慎业 朱效立 谢常青 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期73-77,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 衍射 螺旋型波带片 聚焦特性 空间分辨率
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一种产生边缘增强图像的螺旋波带片编码成像技术 被引量:1
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作者 范全平 王少义 +5 位作者 魏来 杨祖华 张强强 陈勇 巫殷忠 曹磊峰 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2018年第3期191-196,共6页
为了获得高能X射线、α射线、γ射线和中子等粒子源的边缘增强图像,提出一种以螺旋波带片编码成像(ZPCI)技术。螺旋波带片同时具备径向希尔伯特变换和菲涅耳波带片聚焦的特点,因此,该技术相当于在采用菲涅耳ZPCI技术获得解码图像的基础... 为了获得高能X射线、α射线、γ射线和中子等粒子源的边缘增强图像,提出一种以螺旋波带片编码成像(ZPCI)技术。螺旋波带片同时具备径向希尔伯特变换和菲涅耳波带片聚焦的特点,因此,该技术相当于在采用菲涅耳ZPCI技术获得解码图像的基础上再进行一次径向希尔伯特变换。对该技术产生的边缘增强图像进行模拟计算和实验诊断,结果显示具有可行性。该技术在天文学、核医学和激光惯性约束聚变研究等领域具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 图像处理 编码成像技术 螺旋波带片 边缘增强成像 径向希尔伯特变换
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X射线螺旋波带片制备技术
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作者 高南 朱效立 +1 位作者 李海亮 谢常青 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第10期730-733,共4页
本文将电子束曝光和X射线曝光技术相结合以制造X射线波段螺旋波带片。用电子束曝光和微电镀技术在镂空薄膜上制备母波带片X射线掩模版,用X射线曝光和微电镀技术小批量复制螺旋波带片。研制成可用于1.24nm波长的螺旋波带片,其最外环宽度... 本文将电子束曝光和X射线曝光技术相结合以制造X射线波段螺旋波带片。用电子束曝光和微电镀技术在镂空薄膜上制备母波带片X射线掩模版,用X射线曝光和微电镀技术小批量复制螺旋波带片。研制成可用于1.24nm波长的螺旋波带片,其最外环宽度为200nm,金吸收体厚度为700nm,占空比合理,侧壁陡直,结构优良。 展开更多
关键词 螺旋波带片 电子束光刻 X射线光刻 X射线成像
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