检索结果-内蒙古大学图书馆

量子电子学报 2007年第5期24卷 543-547页

作者：邓小玖李怀龙刘彩霞胡继刚王飞合肥工业大学物理系安徽合肥230009

光束束腰与波长相比拟时,标量近似已不再成立。以高斯光束的微小圆孔衍射为例,对矢量衍射场的级数解、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,对受硬边光阑限制的非傍轴光束,级数展开法适用于处理光束在近场... 详细信息

光束束腰与波长相比拟时,标量近似已不再成立。以高斯光束的微小圆孔衍射为例,对矢量衍射场的级数解、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,对受硬边光阑限制的非傍轴光束,级数展开法适用于处理光束在近场区域的传播,而非傍轴近似解则适用于处理非近场区域光束的传播,具有一定的互补性。讨论了高斯光束圆孔衍射标量近似的有效性,当高斯光束的束腰半径、衍射孔孔径大于几个光波波长时,标量衍射理论是精确、有效的。

关键词：物理光学矢量衍射理论高斯光束圆孔衍射有效性

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基于矢量衍射理论的振幅型光子筛设计与分析

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光学学报 2010年第2期30卷 428-432页

作者：蒋文波胡松赵立新杨勇严伟周绍林陈旺富中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院研究生院北京100039

光子筛作为一种新兴的纳米成像器件,具有分辨力高、体积小、重量轻、易复制等优点,被广泛地应用到纳米光刻、大型天文望远镜、航空航天摄像等领域。为了追求高分辨力,须将光子筛的小孔直径做得非常小,但当光子筛的小孔直径远小于入射光... 详细信息

光子筛作为一种新兴的纳米成像器件,具有分辨力高、体积小、重量轻、易复制等优点,被广泛地应用到纳米光刻、大型天文望远镜、航空航天摄像等领域。为了追求高分辨力,须将光子筛的小孔直径做得非常小,但当光子筛的小孔直径远小于入射光波波长时,标量衍射理论已不再成立,必须采用矢量衍射理论来进行光子筛的设计。利用矢量衍射理论建立了光子筛的衍射模型,并基于此模型进行了光子筛结构的设计与优化。为了考察模型的有效性,进行了数值模拟。数值模拟结果表明,基于矢量衍射模型设计的光子筛的聚焦性能良好;在近场区,标量衍射模型不再适用,而矢量衍射模型却能较好地满足设计要求。

关键词：成像系统矢量衍射理论振幅型光子筛数值模拟

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位相光栅色散特性的矢量衍射理论分析

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物理学报 2003年第5期52卷 1157-1161页

作者：巴音贺希格齐向东唐玉国中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130022

在矢量衍射理论基础上给出了适用于任意斜入射下位相光栅反射区和透射区的广义光栅方程和广义色散公式 ,对位相光栅色散能力做了理论和数值分析 ,考察了入射角、入射方位角、入射波长、光栅周期、衍射区域介质折射率和衍射级次等六个物... 详细信息

在矢量衍射理论基础上给出了适用于任意斜入射下位相光栅反射区和透射区的广义光栅方程和广义色散公式 ,对位相光栅色散能力做了理论和数值分析 ,考察了入射角、入射方位角、入射波长、光栅周期、衍射区域介质折射率和衍射级次等六个物理量之间的相互制约关系 ,确立了光栅约束不等式。

关键词：位相光栅色散特性矢量衍射理论广义色散公式广义光栅方程光栅约束不等式

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光盘光学系统的矢量衍射理论分析

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光学技术 2000年第4期26卷 325-328页

作者：成先富贾惠波徐端颐清华大学光盘国家工程研究中心北京100084

本文以完整的矢量衍射理论分析了光盘光学系统。首先将入射的聚焦光束分解为平面波谱 ,得到每个平面波的振幅矢量 ;然后计算光盘对每个平面波的衍射 ,得到衍射波的振幅矢量 ,从而得到了整个衍射波场的空间频谱 ;最后计算物镜光瞳上的能... 详细信息

本文以完整的矢量衍射理论分析了光盘光学系统。首先将入射的聚焦光束分解为平面波谱 ,得到每个平面波的振幅矢量 ;然后计算光盘对每个平面波的衍射 ,得到衍射波的振幅矢量 ,从而得到了整个衍射波场的空间频谱 ;最后计算物镜光瞳上的能通量 ,得到光盘系统的读出信号。在衍射计算中 ,光盘被定义为二维金属光栅 ,根据信息符的不同模型 ,选用坐标变换方法、耦合波方法或模态方法。对于典型的 DVD光学系统来说 ,矢量理论的结论与标量理论相差甚远。

关键词：矢量衍射理论光盘光栅光学系统 DVD

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矢量衍射理论的级数解及其标量近似的有效性

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2005年第9期28卷 1213-1216页

作者：邓小玖冯秀华刘彩霞聂淼合肥工业大学理学院安徽合肥230009

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... 详细信息

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。

关键词：矢量衍射理论级数解标量衍射理论圆孔衍射

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矢量衍射理论在信息存储多层膜中的应用研究

矢量衍射理论在信息存储多层膜中的应用研究

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作者：贾李琛复旦大学

学位级别：硕士

随着信息存储技术的日益迅速发展，人们希望进一步提高存储密度和存储速度。目前主流的存储技术包括磁存储、光存储、磁光存储和半导体存储器等。其中前三者均为多层膜结构。在光存储和磁光存储中，为了提高存储密度采用短波长光源及高... 详细信息

随着信息存储技术的日益迅速发展，人们希望进一步提高存储密度和存储速度。目前主流的存储技术包括磁存储、光存储、磁光存储和半导体存储器等。其中前三者均为多层膜结构。在光存储和磁光存储中，为了提高存储密度采用短波长光源及高数值孔径光学系统，以高度会聚的短波光束获得足够小的光斑，来读/写亚微米尺度的存储单元。在磁存储中，为了获得足够小的记录单元，需要提高磁性记录材料的矫顽力，这要求在信息写入过程中，为了使写磁场不致过大，需要用激光对要写入磁区进行加热处理。在这些存储技术中，均涉及到光在存储介质中传播以及由此引起的热量分布问题。为了获得性能优良的存储多层膜结构，需要进行大量的数值计算。在数值模拟中，原先对于光在多层膜结构中的模拟工作是采用平面波近似，即将入射光看作是理想的平面波。但是为了提高存储密度，通常将短波长激光会聚成很小的光斑。这样，原来将入射光视为平面波的近似就显得有些粗糙。它本身的参数不能完全反映出入射激光的性质，比如激光光斑的大小，而这些性质在实际中需要被考虑进去。\n 为此，我们提出一种方案来解决上述问题，达到可以模拟任意形式光波在多层膜结构或超晶格结构中传播的目的。我们结合了矢量衍射理论(角谱分析)和光学矩阵法(0MM)以及复矢量叠加方法来实现获得任意波形在多层膜中传播性质的目的。首先，我们用角谱分析将任意光波分解成一系列不同振幅和不同传播方向的平面波，这样，复杂光波的传播问题被分解成一组简单的平面波传播问题。对于平面波传播问题，采用比较成熟的光学矩阵方法处理。它以麦克斯韦电磁理论为基础，从多层膜膜系的介质边界矩阵和传输矩阵出发，导出多层膜各层之间的递推关系式，进而得到多层膜内各种光学和磁光性质。当每支平面波在多层膜中传播性质由光学矩阵法得出之后，再用复矢量叠加而后得到最终的结果。为了提高计算效率减少计算时间，在角谱分析过程中我们使用了快速傅立叶分解算法(FFT)。它是计算离散傅立叶变化的优化算法，从而节省了大量的计算资源和计算时间。文中我们主要以高斯型激光为例，通过它在磁光多层膜结构中磁光效应的模拟结果与实验结果的对比来验证我们的方法。同时计算了高斯波在磁光光盘中的传播特性，包括光学响应和电磁场分布以及焦耳热损失分布；并比较了来自于不同数值孔径光学系统的激光作为入射光得到的结果，得出光斑大小对高斯光在多层膜结构中传播的影响关系。同时还与平面波近似进行了对比，结果显示大光斑的高斯波(直径≥100μm)可以作平面波近似。因为满足这个条件时，两种近似得出的结果几乎一样。综上所述，这是一种在光盘设计和材料研究上非常有用的模拟计算方法。

关键词：光存储多层膜激光数值模拟矢量衍射理论

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基于矢量衍射理论的相位型光瞳滤波器设计

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光子学报 2003年第11期32卷 1378-1381页

作者：王湘晖林列杨勇方志良母国光南开大学天津大学联合研究院南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室天津300071

根据矢量衍射理论 ,提出了一种设计纯相位型光瞳滤波器的新方法根据该方法所设计的滤波器主要应用于采用高数值孔径显微物镜的成像系统对点扩散函数中的指数因子进行二次近似处理后 ,可以得到超分辨参量与滤波器参量的近似关系式 ... 详细信息

根据矢量衍射理论 ,提出了一种设计纯相位型光瞳滤波器的新方法根据该方法所设计的滤波器主要应用于采用高数值孔径显微物镜的成像系统对点扩散函数中的指数因子进行二次近似处理后 ,可以得到超分辨参量与滤波器参量的近似关系式以三区相位型滤波器为例 ,讨论了该近似关系式的有效性给出一个设计实例 ,根据所要求的超分辨性能要求设计滤波器 .模拟结果表明 ,该滤波器达到了设计要求 ,最后利用共焦系统点扩散函数的乘积特性。

关键词：矢量衍射理论相位型光瞳滤波器共焦显微术

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平面波微小圆孔矢量衍射理论的比较研究

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2008年第2期31卷 309-312页

作者：刘彩霞王飞肖苏胡继刚合肥工业大学应用物理系安徽合肥230009

文章以平面波的微小圆孔衍射为例,对矢量衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确积分解进行了详尽的数值计算,并对级数解、非傍轴近似解的有效性作了定性分析和比较研究。结果表明,平面波经微小圆孔衍射的级数解、非傍轴近似解的有效性... 详细信息

文章以平面波的微小圆孔衍射为例,对矢量衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确积分解进行了详尽的数值计算,并对级数解、非傍轴近似解的有效性作了定性分析和比较研究。结果表明,平面波经微小圆孔衍射的级数解、非傍轴近似解的有效性与级数解阶次、光阑孔径及传播距离有关,2种解的有效适用范围具有一定的互补性;当光阑孔径与波长相当或小于波长时,衍射场的纵向分量不能忽略,必须考虑光场的矢量非傍轴特性。

关键词：物理光学矢量衍射理论平面波圆孔衍射有效性

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基于矢量衍射理论的薄膜衍射光学成像仿真及分析

基于矢量衍射理论的薄膜衍射光学成像仿真及分析

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作者：李允哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着高轨光学信息获取对高时空分辨率遥感图像的需求不断提高,迫切需要空间光学载荷同时具有大口径、轻质化、快速制造、可快速折叠/展开和低成本等特点,基于薄膜材料的薄膜衍射光学系统已成为未来超大口径光学载荷的重要技术实现方案... 详细信息

随着高轨光学信息获取对高时空分辨率遥感图像的需求不断提高,迫切需要空间光学载荷同时具有大口径、轻质化、快速制造、可快速折叠/展开和低成本等特点,基于薄膜材料的薄膜衍射光学系统已成为未来超大口径光学载荷的重要技术实现方案。但是由于衍射成像原理与柔性薄膜材料特性、复杂在轨环境相耦合,相较于传统的折射、反射式光学系统,薄膜衍射光学系统的图像质量退化更加严重,其成像振幅调制传递函数和信噪比均较低、衍射效率空间分布变化特性复杂,而且宽谱段成像时色差较大,难以达到实际空间应用的需求,因此针对薄膜衍射光学系统图像开展图像反演恢复是薄膜衍射光学系统空间应用的必要环节。而遥感图像的反演恢复过程需要系统退化特性作为反演依据,相关图像复原算法也需要图像退化特性作为输入。目前关于薄膜衍射光学系统成像特性的研究少见报道。针对该问题,本文基于严格电磁理论开展空间薄膜衍射光学系统图像质量退化建模与特性分析方法研究,并进行相应的实验验证。主要研究工作如下:(1)基于标量衍射理论的衍射光学元件成像特性分析。与传统的折射、反射式光学元件相比,衍射光学元件的色散大,且衍射效率存在空变特性,造成成像结果较差。针对该问题,本文从衍射光学元件成像机制出发,分析了衍射光学元件的成像特性,建立了衍射光学元件的衍射效率表征模型。从标量理论出发,分析了衍射光学系统的MTF与衍射效率的关系,提出了衍射光学系统光学传递函数分析方法。(2)基于矢量衍射理论的衍射光学系统成像特性分析方法。在可见光波段,超大口径高分辨率薄膜衍射光学系统在轨成像的应用场景下,衍射光学元件的微结构尺寸达到亚波长量级,此时基于标量衍射理论的成像特性分析方法可能产生误差。针对该问题,本文进一步基于严格的电磁理论,开展了基于矢量衍射理论的衍射光学系统成像特性分析方法研究。仍以衍射效率作为衍射光学系统成像特性的表征参数,提出了融入严格电磁场分量耦合条件的衍射效率分析模型和计算方法,该模型可更加精确地分析不同口径、谱段和视场条件下的衍射光学系统成像特性。(3)衍射光学系统成像特性的快速分析方法。基于矢量衍射理论的衍射光学系统成像特性的分析过程中,需要对衍射光学元件所在空间进行大量采样进行电磁场分量更新计算,因此运算数据量大,导致分析效率低,难以实现矢量衍射理论分析方法的实际工程应用。针对该问题,本文基于空间降维方法对衍射光学元件的微结构分布进行建模表征,降低矢量衍射理论分析维度。同时考虑GPU在大数据量并行运算时的优良性能,建立了基于GPU计算架构的衍射效率分析模型,并提出了数据矢量化加速策略,将串行运算数据流转换为并行运算数据流,矢量化后的并行数据流在GPU计算架构上有更高的计算效率,从而实现衍射光学系统成像特性的快速分析。(4)空间薄膜衍射光学系统在轨成像特性分析。立足于光学遥感成像链路,分析了影响图像质量的链路环节要素并分别进行了表征建模。考虑在轨力、热环境的变化,构造薄膜衍射主镜厚度分布函数对在轨力、热环境与薄膜材料耦合特性进行建模表征,在此基础上结合衍射光学系统成像特性的快速分析方法,建立了空间薄膜衍射光学系统在轨成像特性分析方法。针对某实际空间薄膜衍射光学系统开展成像仿真实验,验证空间薄膜衍射光学系统在轨成像特性分析模型与方法的正确性。

关键词：空间薄膜衍射成像矢量衍射理论衍射效率退化特性矢量化加速

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基于矢量衍射理论的几何相位超表面衍射光场计算方法研究

基于矢量衍射理论的几何相位超表面衍射光场计算方法研究

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作者：代成伟中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

学位级别：硕士

超表面是一种由亚波长结构组成的超薄平面人工材料,具有灵活的电磁调控能力。超表面可以实现诸多传统材料难以实现的功能,例如电磁隐身、异常折射等。其中几何相位超表面有相位容差大,宽带响应,设计简单等优点。在几何相位超表面的设计... 详细信息

超表面是一种由亚波长结构组成的超薄平面人工材料,具有灵活的电磁调控能力。超表面可以实现诸多传统材料难以实现的功能,例如电磁隐身、异常折射等。其中几何相位超表面有相位容差大,宽带响应,设计简单等优点。在几何相位超表面的设计过程中,为了验证其功能,往往需要数值仿真其衍射特性。精确计算亚波长结构衍射光场的方法通常有时域有限差分法、有限积分法以及有限元法等。这些方法的基本思想,都是先将求解区域划分成多个网格,然后基于麦克斯韦方程组计算仿真区域内的衍射光场分布。但当求解区域过大或者衍射距离较远时,为了得到目标平面内的光场分布,此类数值计算方法将耗费大量时间。因此,有必要针对几何相位超表面的衍射光场分布,提出一种快速且不失准确性的仿真方法。在不考虑入射光与结构的相互作用时,矢量衍射理论可以快速计算结构衍射光场分布。而几何相位超表面,其相位调控仅与结构单元的旋转角度有关。所以,本文提出利用矢量衍射理论结合几何相位的方法,来计算几何相位超表面衍射光场特性。基于这种方法,本文进行了如下工作:1.设计了K形和S形亚波长结构,用矢量衍射理论结合几何相位的方法,计算了圆偏光入射时结构的衍射光强分布。同时使用基于有限积分法的电磁仿真软件Computer Simulation Technology(CST)计算了两种结构的衍射光强分布。通过对比可以发现,矢量衍射理论结合几何相位的方法可以得到与CST基本一致的结果,证明了该方法可以用于求解几何相位超表面衍射光强分布。使用CST和矢量衍射理论结合几何相位的方法都可以得到两种结构的衍射光场分布,但是后者计算时间相对前者减少了50到100倍。2.设计了两种悬链线阵列几何相位超表面,一种平面聚焦透镜,一种贝塞尔光束产生器件,并用矢量衍射理论结合几何相位的方法计算了其光场分布。通过该方法可以得到聚焦透镜的焦距在距离器件13.5μm处,CST得到的焦距在13.2μm处;贝塞尔光束产生器在距离器件100～125μm范围内为等光强区域,CST计算得到的等光强区域在95～130μm范围。从结果可以看到,两种方法的误差范围小于10%。

关键词：超表面矢量衍射理论贝塞尔光束聚焦透镜

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