Ultra-thin single-layer transparent geometrical phase gradient metasurface and its application to high-gain circularly-polarized lens antenna

A new method to design an ultra-thin high-gain circularly-polarized antenna system with high efficiency is proposed based on the geometrical phase gradient metasurface（GPGM）.With an accuracy control of the transmission phase and also the high transmission amplitude,the GPGM is capable of manipulating an electromagnetic wave arbitrarily.A focusing transmission lens working at Ku band is well optimized with the F /D of 0.32.A good focusing effect is demonstrated clearly by theoretical calculation and electromagnetic simulation.For further application,an ultra-thin single-layer transmissive lens antenna based on the proposed focusing metasurface operating at 13 GHz is implemented and launched by an original patch antenna from the perspective of high integration,simple structure,and low cost.Numerical and experimental results coincide well,indicating the advantages of the antenna system,such as a high gain of 17.6 d B,the axis ratio better than 2 d B,a high aperture efficiency of 41%,and also a simple fabrication process based on the convenient print circuit board technology.The good performance of the proposed antenna indicates promising applications in portable communication systems.

Lense-Thirring场同电磁场耦合产生的干涉相移

以Lense－Thirring场为例，讨论其引力场同电磁场耦合的干涉相移，特别是在Lense-Thirring场同磁场矢势耦合情况下，得到了干涉相移同天体旋转角动量的直接显式。

Single-shot phase-shifting digital holography with a photon-sieve-filtering telescope

A method of single-shot phase-shifting digital holography with a photon-sieve-filtering telescope is proposed.Three copy images with different phases are first generated by use of a monofocal photon-sieve filter in Kepler telescope,and then interfere with the reference plane wave by a beam combiner.The hologram is captured by a charge-coupled device(CCD)in one single exposure.The complex-valued amplitude of the test object can be reconstructed by three-step phase-shifting interferometry through three frames of extracted sub-interferograms from the single-exposure hologram.The principle and simulation experiments are carried out and verified the validity of our proposed method.This method can be applied for snapshot imaging and three-dimensional object construction.

可编程菲涅耳相位透镜应用于多平面全息投影

研究了基于菲涅耳相位透镜实现多平面全息投影的方法,采用硅基液晶相位调制器建立了多平面全息投影系统.首先,利用可编程菲涅耳相位透镜代替傅里叶透镜,将计算机生成的相位全息图与菲涅耳透镜的相位结合;其次,基于时分复用和空分复用原理提出了加载菲涅耳相位透镜与相位全息图到相位空间光调制器上的两种方法;最后,讨论了在多平面全息投影中每个单一平面实现旋转物体动态360°视角显示的方法.实验结果表明:在距离硅基液晶分别为500、800、1 100和1 400mm处的四个重构平面可以获得全息投影图像;通过动态地改变菲涅耳相位透镜的焦距,可以实现多平面全息投影.

衍射微透镜在红外单元探测器中的应用

研究了衍射微透镜提高红外探测器探测能力的方法 ,通过实验将衍射微透镜耦合到红外单元探测器上 ,使耦合组件的响应度提高到 3.2倍、比探测率提高到 4.2倍。结果表明 :采用微透镜作光聚能器后 ,探测器光敏面面积可减少而光能利用率增加 ,探测性能提高。衍射微透镜结构小 ,有利于与探测器集成 ,其研究极具实用价值。

超声乳化原理在眼科的应用

介绍了超声乳化原理在白内障摘除及人工晶体植入术中的应用,着重阐述了作者研制的白内障超声乳化仪中采用锁相环技术以保证手柄的谐振,获得较好的效果。实验结果及临床应用表明采用锁相环技术的超声乳化系统能够平稳谐振,有效地破碎晶体核。

白内障术后一年角膜内皮细胞持续损失

目的：观察无并发症白内障囊外摘除加后房人工晶体植入术（ＥＣＣＥ＋ＩＯＬ）与角膜内皮损伤的关系。方法：应用接触式角膜内皮显微镜观察了３０例（３０眼）老年性白内障患者，行ＥＣＣＥ＋ＩＯＬ术前及术后１月、２月、３月、１年时中央及上方角膜内皮细胞密度、细胞形状的变化。结果：术前中央角膜内皮细胞密度平均为（２８２８±４００）ｍｍ－２，六边形细胞百分率（Ｈｅｘａ％）为（６２±６）％。术后角膜内皮细胞密度低于术前，中上角膜间差异有显著性。术后３个月时内皮细胞损失，中央为１２．６％，上方为３５．５％；术后１２个月中央及上方角膜内皮损失分别上升为１６．２％和４３．０％。术后一年内有持续的内皮细胞损失。术后上方、中央角膜Ｈｅｘａ％先明显下降，后逐渐回升，在术后１２个月接近术前水平。结论：白内障术后角膜内皮细胞可能存在持续损失，故术前检查密度较低的内皮，不仅要估计是否经得住手术创伤，还要考虑是否能承受术后长期慢性内皮细胞损失。

利用空域采样相移干涉计量法测量微小位移

提出了一种利用空域采样实现相移干涉计量的新方法和实验演示装置。演示装置使用倾斜镜或阶梯镜作为相移器件,线阵CCD做为光学传感器。实验表明:此方法非常适用于测量快速变化的目标或动态过程,其测量精度与传统时域采样相移技术相当但具有更好的稳定性和更高的测量速度,而测量范围是离焦量的2倍。

基于透镜成像系统对微小透明物体的测量方法

生活中有许多微小透明物体,当光通过它们时,因为其折射率与周围空间不同而产生相位差,但不会产生振幅差,无法被人眼和普通显微镜观测。实验中提出一种利用透镜成像滤波系统实现对微小透明物体观察并测量其大小的方法。当高斯连续激光作用在吸收溶液上时,溶液会吸收激光中部分能量,产生热透镜效应。利用此效应,使吸收溶液能够模拟传统昂贵的相位滤波器,对透过相位物体的光线进行调制,将人眼无法观测到的相位变化转化为可被CCD接收的光强变化,从而实现对微小透明物体的观察及测量。选取已知大小的透明SiO_2薄片作为待测样品,实验结果表明测量值与样品实际大小非常接近。

维格纳分布函数通过双柱透镜系统的传播

基于维格纳分布函数 (WDF)在一般非轴对称系统的传播和变换规律 ,讨论了在光学信息处理系统中常用的双柱透镜系统输入和输出面WDF之间的变换关系 ,在直角坐标中给出了联系该系统相空间坐标的维格纳分布函数的坐标变换关系式和等价的矩阵表示 (WCTM) .对于双柱透镜的各种可能的组态 ,例如构成对称和不对称但x、y方向可分离的系统以及构成傅立叶变换等系统进行了讨论 .应用这些结果 ,可以非常方便地由输入面的WDF求出输出面的WDF .

主镜台阶数目对衍射成像系统传递函数的影响分析

为研究位相型菲涅尔透镜台阶近似引起的衍射杂散光对衍射成像系统调制传递函数(MTF)的影响,本文运用波动光学仿真分析方法模拟光波的传播。通过有限个级次的衍射波面在系统像面上相干叠加,得到系统的点扩散函数(PSF);对其进行傅里叶变换,得到系统的MTF。以菲涅尔主镜口径为80 mm的衍射成像系统为样机,分析了衍射主镜台阶数目为二、四、八时,系统MTF与理论设计值的差异。结果表明,随着衍射主镜台阶数目的增加,衍射杂散光对系统MTF的影响减小;并且四台阶时,与设计值的偏差已经小于0.5%。最后结合几何光线追迹仿真分析,提出将衍射主镜加工成中心区域多台阶、边缘部分为二台阶的思路,降低了衍射杂散光的影响。

消除象差的全息干涉量度法

本文提出一种以全息透镜为主要器件、能够消除光学系统象差的全息光学干涉量度法,并对其干涉原理作了理论分析,该方法可广泛应用于光学测试和全息干涉量度。

A new circulating two-cell structure for stimulated Brillouin scattering phase conjugation mirrors with 1-J load and 10-Hz repetition rate

A new approach to realize high-energy and high-power stimulated Brillouin scattering phase conjugation mirrors （SBS-PCMs） is described.The reflectivity of SBS-PCM is investigated under a 10-Hz repetition rate and a high energy load.The relationship between reflectivity and input energy is examined experimentally with different PCM structures,focus lengths,and medium cell structures.A medium cell with a circulating structure is designed,and its advantage is demonstrated through an experimental comparison with traditional PCM structures.The 30-cm focus lens and 150-cm collimation lens are optimized when the input energy reaches 1010 mJ at 10-Hz repetition rate.Therefore,a reflectivity of 84.7% and a higher energy load using the circulating two-cell structure are achieved.

一种高性能液晶透镜的设计方法

提出了一种高性能液晶透镜的设计方法。该方法结合了电极结构的设计并利用了液晶材料线性响应区。所设计的电极结构用于产生抛物线的电压分布,将驱动电压控制在液晶材料的线性响应区内可以实现抛物线的相位分布。通过该方法设计的液晶透镜,其孔径可以是任意大小,且不依赖高阻膜。所设计的电极结构简单,加工只需要一次光刻。透镜由两个低电压驱动,驱动方法简单,其焦距可通过两个驱动电压进行调节。理论上这种液晶透镜的相位分布在变焦过程中保持理想的抛物线分布,且光焦度正比于两个驱动电压的差值。实验上,通过光刻法加工了所设计的电极结构,测量了液晶材料的线性响应区,制作了液晶层厚度为50μm的液晶透镜。通过偏振干涉原理采集了干涉条纹,并从中提取了相位信息。实验结果表明,透镜的相位服从抛物线分布,且光焦度与驱动电压的差值成正比。实验结果与理论分析一致。

基于白光干涉的光学透镜表面瑕疵检测

白光干涉在光学系统成像质量评价和光学元器件质量监控中扮演重要角色。相移干涉法通过测量光波的相位差获取被测透镜表面的形貌信息。本研究基于相移干涉原理,设计并实现了一套白光干涉检测系统,系统主要包括显微干涉光路、机械支撑、运动结构以及数据获取与处理。最后利用光学薄透镜对系统的性能进行测试,验证了系统的检测范围与测量精度。结果表明,基于白光干涉的相移干涉法适用于光学元器件表面的瑕疵质量监测。

透镜组Fourier变换特性及集成化光学系统的进一步修正

采用系统论的方法对透镜组的Ｆｏｕｒｉｅｒ变换特性进行了理论推导，并依据理论结果对通过附加一个相位补偿透镜的方法来缩短光学４ｆ系统总长度的光学系统所采用的厚相位补偿透镜的焦距进行了修正，从而提高了超短光学系统Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的精度。在一般情况下采用两个透镜组替代了系统中两个单片Ｆｏｕｒｉｅｒ透镜，短光学系统的总长度可缩短为原来的四分之一以上。从而为光学系统的集成化奠定了良好的基础。

Mirau相移干涉术中的中心遮拦研究

Mirau相移干涉中的参考面对光路造成了中心遮拦。理论分析了被测面视场、Strehl判据、分辨本领、调制传递函数MTF以及残余像差和中心遮拦的关系,得到参考面的允许直径0.8～1.28mm。设计了参考面直径D=1.0mm的Mirau干涉物镜,其中心遮拦ε=0.129,和没有中心遮拦的系统相比,MTF变化的幅度不超过6%,允许的残余像差为0.978。

连续光焦度透镜的设计研究

本文介绍了用能量守恒原理设计连续光焦度透镜的方法并分析其特点，提出三种可行的结构形式，给出了设计实例及模拟结果。

基于多焦点光子筛阵列的同轴相移全息技术

设计出不同相移步长的多焦点光子筛阵列,利用相移数字全息术对USAF1951分辨率板进行成像,在光学波段验证了光子筛阵列的相移功能。实验结果表明,多焦点光子筛阵列在不同相移步长下均可消除零级像和共轭像,系统分辨率均与理论预期结果一致。作为一种振幅型衍射透镜,多焦点光子筛阵列在X射线全息术和生物细胞显微等领域有着广阔的应用前景。

基于相变材料的多阶折射率薄膜平板透镜

相变材料具备良好的光热稳定性和可擦写特征,其在相变前后存在光学参数的明显变化,通过施加不同参数的激光激励能够实现对相变材料晶化状态的精确调控。由此,在相变材料不同晶化状态呈现不同光学参数的基础上,提出一种多阶折射率调制的薄膜平板透镜。以典型相变材料Ge_(2)Sb_(2)Te_(5)作为光调制介质,对介质薄膜的晶化状态开展多阶和多区域的离散控制以满足理论上聚焦透镜所需的相位约束。完成具有多种数值孔径的平板透镜的设计,并通过有限差分时域方法和Zemax分别分析透镜聚焦的参数指标,检验了平板透镜的成像性能。