检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2017年第11期66卷 18-26页

作者：袁强赵文轩马睿张琛赵伟王爽冯晓强王凯歌白晋涛西北大学光子学与光子技术研究所国家光电技术与功能材料重点实验室培育基地陕西光电技术实验室国家光电技术与纳米功能材料和应用国际研究中心西安710069 西安工业大学光电学院西安710021

具有超衍射极限尺寸的空间结构光在远场超分辨成像、光镊、微纳米加工等领域都有着重要的应用.本文基于偏振光的相位调制原理,结合光学实验与光场数值模拟开展了在空间生成具有超衍射极限尺寸的空间结构光的研究.首先设计了一种兼备圆... 详细信息

具有超衍射极限尺寸的空间结构光在远场超分辨成像、光镊、微纳米加工等领域都有着重要的应用.本文基于偏振光的相位调制原理,结合光学实验与光场数值模拟开展了在空间生成具有超衍射极限尺寸的空间结构光的研究.首先设计了一种兼备圆形π与涡旋形2π相位板特点的新型相位板,并且实验观察到了高数值孔径系统中新型相位板调制圆偏振高斯光的焦点处的空间结构光形貌.随后通过结合矢量衍射积分理论的数值模拟,得出了一种具有超衍射极限尺寸、且同时呈现中心对称与轴对称的空间结构光.最后,本文详细讨论分析了新型相位板调制圆偏振光、线偏振光、径向偏振光以及角向偏振光所获得的空间结构光分布特点.结果显示,圆、线、径向与角向偏振条件下得到的空间结构光横向最小暗斑的半高全宽分别为0.31λ,0.32λ,0.24λ和0.36λ;在光轴上,线、径向与角向偏振光情况下的中心暗斑的半高全宽分别为0.8λ,0.78λ,0.76λ,而圆偏振光在轴向方向没有电矢量分布.

关键词：相位调制超衍射极限结构光衍射积分理论

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会聚光束在流通池电介质界面的传播特性研究

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光学与光电技术 2025年第2期 81-86页

作者：范连斌吴新健许晓凯孙丙哲李丽杨博杨强中核四○四有限公司

电解质材料的使用寿命是关乎流通池工作稳定性的关键因素。基于德拜矢量积分理论及衍射积分理论，开展了会聚光束在流通池电介质界面的传播特性理论模拟实验研究。利用MATLAB软件建立了会聚光束经电介质界面折射后的传播模型；计算了流... 详细信息

电解质材料的使用寿命是关乎流通池工作稳定性的关键因素。基于德拜矢量积分理论及衍射积分理论，开展了会聚光束在流通池电介质界面的传播特性理论模拟实验研究。利用MATLAB软件建立了会聚光束经电介质界面折射后的传播模型；计算了流通池内激发光场强度分布；开发了端面镜折射率测算实验装置。研究得出了会聚光束经电介质界面折射后的传播行为，绘制出了光波反射系数、透射系数变化曲线，发现当激发光入射角达到48.8°时，激发光对电介质界面的损伤可以降到最低，激发光的利用率可以达到最高，此外，由于左右两侧入射光线的入射倾角影响所形成焦斑的倾斜角，因此光场强度分布亦影响输出光的光束质量及激发效率。为染料激光输出效率和电解质材料使用寿命的研究提供了理论依据。

关键词：德拜矢量积分理论衍射积分理论流通池光场分布传播模型

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轴棱锥顶点离轴加工误差对贝塞尔光束的影响

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中国激光 2016年第12期43卷 178-184页

作者：胡润吴逢铁华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室福建厦门361021

理论推导了轴棱锥顶点离轴加工误差的透射率函数。在惠更斯-菲涅耳衍射积分理论和稳相近似法的基础上,推导出顶点离轴轴棱锥后的衍射光场表达式,分析了顶点离轴加工误差对贝塞尔光束的影响。对顶点离轴轴棱锥后衍射光场进行数值模拟,结... 详细信息

理论推导了轴棱锥顶点离轴加工误差的透射率函数。在惠更斯-菲涅耳衍射积分理论和稳相近似法的基础上,推导出顶点离轴轴棱锥后的衍射光场表达式,分析了顶点离轴加工误差对贝塞尔光束的影响。对顶点离轴轴棱锥后衍射光场进行数值模拟,结果表明,当为理想加工轴棱锥时,轴棱锥后的光场分布为近似理想贝塞尔光束;当存在加工误差时,衍射光斑对半分离。相同距离处,分离程度随顶点离轴误差的增加而增加;相同的顶点离轴误差下,分离程度随传输距离的增加而增加。同时,还研究了这种元件的加工厚度对光斑分离程度的影响,结果表明,随着加工厚度的增加,光斑分离程度也会逐步增大。研究结果对轴棱锥加工、贝塞尔光束应用等具有一定的指导意义。

关键词：物理光学轴棱锥顶点离轴加工误差衍射积分理论透射率函数贝塞尔光束

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衍射和干涉理论对Bessel光传输的描述

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强激光与粒子束 2007年第12期19卷 1992-1996页

作者：刘彬吴逢铁邱振兴华侨大学信息科学与工程学院福建泉州362021

采用衍射积分理论和干涉理论分别对轴棱锥产生的Bessel光的传输特性进行描述,并讨论了其适用条件和优缺点。数值模拟了光传输的3维强度分布,同时进行相关参数的实验测定。数值模拟和实验结果表明:在最大无衍射距离内,衍射理论能很好地描... 详细信息

采用衍射积分理论和干涉理论分别对轴棱锥产生的Bessel光的传输特性进行描述,并讨论了其适用条件和优缺点。数值模拟了光传输的3维强度分布,同时进行相关参数的实验测定。数值模拟和实验结果表明:在最大无衍射距离内,衍射理论能很好地描述Bessel光的轴上光强分布,当接近或超出最大无衍射距离时,干涉理论也能较好地描述Bessel光的强度分布,实验结果和理论分析基本吻合。

关键词：无衍射Bessel光衍射积分理论干涉理论轴棱锥

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采用轴棱锥检测涡旋光束拓扑电荷数的方法

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华侨大学学报（自然科学版） 2017年第5期38卷 706-709页

作者：胡润吴逢铁杨艳飞华侨大学信息科学与工程学院福建厦门361021 华侨大学福建省光传输与变换重点实验室福建厦门361021

基于基尔霍夫衍射积分理论,分别推导涡旋光斜入射轴棱锥与凸透镜后的衍射光场表达式.提出一种利用轴棱锥检测光束拓扑电荷数信息的简单可行方案,并将此方案与凸透镜聚焦斜入射涡旋光方案进行对比.研究结果表明:应用轴棱锥聚焦斜入射涡... 详细信息

基于基尔霍夫衍射积分理论,分别推导涡旋光斜入射轴棱锥与凸透镜后的衍射光场表达式.提出一种利用轴棱锥检测光束拓扑电荷数信息的简单可行方案,并将此方案与凸透镜聚焦斜入射涡旋光方案进行对比.研究结果表明:应用轴棱锥聚焦斜入射涡旋光检测拓扑电荷数信息的方式无需对检测点进行严格定标,实际检测工作中该方案更具备灵活性,适用性也更为广泛.通过对设计实验进行验证,实验与理论基本吻合.

关键词：衍射积分理论涡旋光轴棱锥拓扑电荷数

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矢量衍射理论在强聚焦系统中的研究

矢量衍射理论在强聚焦系统中的研究

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作者：肖超西北大学

学位级别：硕士

光学系统中聚焦光斑的形状和尺寸明确决定了系统的成像分辨率或者加工精度,而聚焦光斑的形状和尺寸又与系统中透镜的数值孔径(NA)密切相关。数值孔径是描述透镜收集光角度范围的一个无量纲的数,它反映了光学系统对光束的汇聚能力,透镜... 详细信息

光学系统中聚焦光斑的形状和尺寸明确决定了系统的成像分辨率或者加工精度,而聚焦光斑的形状和尺寸又与系统中透镜的数值孔径(NA)密切相关。数值孔径是描述透镜收集光角度范围的一个无量纲的数,它反映了光学系统对光束的汇聚能力,透镜的数值孔径越大对应的空间分辨率和聚焦光束的能力越强好。通常把透镜NA>0.7的光学系统称为强聚焦系统。目前人们在基于波动光学理论在处理光学系统中光场分布的衍射问题时,通常有两种较为常见的理论,即:标量衍射理论和矢量衍射理论。前者,忽略了入射光束偏振态特性,适用于处理NA<0.7的光学系统中的光场空间分布问题;后者因为考虑到了入射光的电场分量在空间各方向的分量对亚微米量级的聚焦光斑的影响,适用于矢量光束和NA>0.7透镜的光束聚焦问题。除此之外,在强聚焦系统中入射光束的矢量特性、振幅、相位特性也会很大程度的影响聚焦光斑的形状和尺寸。因此,必须使用包含了入射光全部信息的矢量衍射理论来处理矢量光束和强聚焦系统中的衍射聚焦问题。本文基于矢量衍射理论首先研究了偏振态和振幅分布不同的矢量光束(径向、角向偏振光)以及特殊的矢量光束(贝塞尔-高斯光、拉盖尔-高斯光)在强聚焦系统下的衍射问题,经过模拟计算发现矢量光束的偏振态和振幅的分布将会影响聚焦光斑的尺寸和形状。其中角向偏振光和一阶拉盖尔-高斯径向偏振光在强聚焦系统下可以得到超越衍射极限(200nm)的光斑,一阶拉盖尔-高斯角向偏振光在强聚焦下可以得到双环形聚焦光斑。而这些结果对于我们分析特殊光场的调制、特殊光斑的应用有一定的借鉴意义。此外,本文还研究了介质分界面对强聚焦系统衍射光斑的影响,以受激发射损耗(STED)显微镜为例,基于矢量衍射理论分析了此系统中由样品与其他介质存在折射率差和像差(慧差、象散)影响时,对STED系统空间分辨率具体的影响。经过模拟研究发现,STED系统的分辨率对像差的存在非常敏感,当有慧差和象散影响时与没有像差影响时,STED系统的空间分辨率分别降低了1.87和1.95倍。因此该研究对于我们提升STED系统分辨率有很高的参考价值。

关键词：衍射积分理论矢量光束强聚焦系统 STED分辨率

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双涡旋光束的理论与实验研究

双涡旋光束的理论与实验研究

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作者：孙顺红华侨大学

学位级别：硕士

具有螺线型相位分布的光束被称为涡旋光束，1992年Allen等人证明涡旋光束携带了轨道角动量，并且这个轨道角动量可以传递给粒子，从而实现对粒子的微操控等。此外，相关研究表明，利用涡旋光束的轨道角动量可以对信息进行编码，并应用... 详细信息

具有螺线型相位分布的光束被称为涡旋光束，1992年Allen等人证明涡旋光束携带了轨道角动量，并且这个轨道角动量可以传递给粒子，从而实现对粒子的微操控等。此外，相关研究表明，利用涡旋光束的轨道角动量可以对信息进行编码，并应用于自由空间光通信等领域。由于其广泛的应用，涡旋光束的研究就成为近年来热点之一，其中携带有两个不同拓扑荷数的双涡旋光束由于可以同时携带不同的轨道角动量等优点，引起了研究者的广泛兴趣。另一方面，对涡旋光束轨道角动量的测量具有非常重要的意义。由于不同轨道角动量的涡旋光束经过光阑后将呈现不同衍射图样，因此利用各种形状光阑的衍射来测量涡旋光束的轨道角动量也成为近年来的热点。在本论文中，我们将研究带有两个不同拓扑荷数且偏振方向互相垂直的双涡旋光束的传输特性;并且为了进一步说明涡旋光束的轨道角动量信息，我们研究了涡旋光束经过菱形光阑衍射后远场的衍射图样。除此之外，我们还对同时具有径向偏振特性和无衍射特性的光束进行了研究。本论文的主要内容包括以下几个方面： 1．利用带有不同拓扑荷数的两束涡旋光束进行共轴叠加，产生了一种新型光束——双涡旋光束（包括整数阶和分数阶的），其光强分布为双环结构。从实验和理论两方面对其传输特性进行了研究。研究表明，双涡旋光束的双环携带不同的轨道角动量，且相互独立地传输。此外，当双涡旋光束的内部拓扑荷数保持不变时，双涡旋光束两环间的距离随着外部拓扑荷数的增大而变大。 2．从理论和实验两方面研究了涡旋光束经菱形光阑衍射后相位奇点的动态演化。研究结果表明，夫朗和费衍射图样中暗条纹的数目正好等于入射涡旋光束的拓扑电荷数的数值，并且每个暗条纹的中心都是一个相位奇点。基于这个衍射特性，提供了一种测量光学涡旋轨道角动量的简易方法。 3．从理论和实验两方面对径向偏振无衍射光束进行了研究。在理论上数值模拟了径向偏振无衍射光束不同偏振方向上的光强分布以及其在传输过程中的归一化光强分布。模拟结果表明，径向偏振无衍射光束既具有径向偏振特性又具有无衍射特性。在实验上我们利用径向偏振转换器和轴棱锥获得了径向偏振无衍射光束，并使其经过不同角度偏振片后得到不同偏振方向上的光强分布，实验结果与理论结果一致。这种既具有径向偏振特性又具有无衍射特性的光束具有广阔的应用前景。

关键词：衍射积分理论双涡旋拓扑荷数径向偏振无衍射

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无衍射光束的特性研究及成像应用

无衍射光束的特性研究及成像应用

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作者：陈姿言华侨大学

学位级别：硕士

学位论文首先对无衍射光束的特性进行了研究,以高阶无衍射光束为例,利用体视显微镜与CCD成像系统分别对光斑进行了测量,并利用理想轴棱锥与圆顶轴棱锥聚焦无衍射光束产生周期性的局域空心光束(Bottle beam)进行对比研究。除此之外,基于... 详细信息

学位论文首先对无衍射光束的特性进行了研究,以高阶无衍射光束为例,利用体视显微镜与CCD成像系统分别对光斑进行了测量,并利用理想轴棱锥与圆顶轴棱锥聚焦无衍射光束产生周期性的局域空心光束(Bottle beam)进行对比研究。除此之外,基于无衍射Bessel光束特性的研究,论文中分析了轴棱锥的线聚焦特性对成像系统焦深的影响,并设计了一种非相干光源无衍射Bessel光束成像系统,将无衍射光束运用在成像系统中,内容主要包括:(1)主要对光学测量仪器体视显微镜与CCD成像系统在高阶贝塞尔光束光斑测量中的应用进行分析,通过以非相干LED绿光经过螺旋相位板和轴棱锥产生的高阶无衍射Bessel光束为例,模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图,并与相应的实验参数(如:最大无衍射距离、中心暗斑直径等)进行比较。数值模拟与实验结果都表明体视显微镜与CCD成像系统的都能对无衍射光束的光斑进行测量,并且测量结果均一致,但是利用体视显微镜测量光斑误差较大会影响测量结果的准确度。(2)基于惠更斯-菲涅耳衍射积分理论推导出无衍射Bessel光经过理想轴棱锥和圆顶轴棱锥后的光强表达式,并对理想轴棱锥与圆顶轴棱锥聚焦的无衍射Bessel光束的传输特性进行描述,数值模拟不同截面下的光强分布图和径向光强分布图。数值模拟结果表明圆顶轴棱锥和理想轴棱锥都可以产生周期性的局域空心光束(Bottle beam),但是相比于理想轴棱锥,圆顶轴棱锥所产生的Bottle beam周期较短,并且中心光强较强,暗斑尺寸较小。(3)基于傅里叶光学理论和透镜成像理论对轴棱锥线聚焦与凸透镜点聚焦两种成像系统进行分析,并探讨了它们对成像系统焦深的影响。利用ZEMAX光学软件仿真模拟出系统在不同轴向距离的截面光强分布图。以蓝光LED为光源,对这两种成像系统进行实验验证,拍摄不同轴向距离处的截面光强分布图。结果表明轴棱锥所具有的线聚焦特性,能将光束连续地会聚到轴向不同位置处,图像的清晰度高,且在最大无衍射距离内无需调焦,具有更大的焦深,理论分析、仿真模拟与实验结果相吻合。(4)设计一种非相干光源无衍射Bessel光束成像系统,由衍射积分理论计算出平行光入射轴棱锥后的光强分布,分析了非相干照明下加入轴棱锥后成像系统的点扩散函数,再根据瑞利判据导出成像系统的分辨率;利用ZEMAX光学设计软件对无衍射光束成像系统的初始结构模型进行仿真模拟,模拟出成像截面图、径向光强分布图以及调制传递函数(MTF)曲线;最后进行实验验证。将蓝光LED作为光源,并在光路中加入准直扩束系统以及轴棱锥等光学件,利用体视显微镜(含数码相机)拍摄成像图片并分析。理论分析、仿真模拟和实验结果均证明利用无衍射Bessel光束可以提高成像系统的分辨率。

关键词：衍射积分理论轴棱锥局域空心光束无衍射 Bessel 光束成像系统

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基于光束空间与时间特性调制技术的超衍射极限结构光研究

基于光束空间与时间特性调制技术的超衍射极限结构光研究

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作者：袁强西北大学

学位级别：硕士

纳米科技是当今科学技术发展的重要推动力量,极大的促进了物理、化学、医学、生物以及材料等众多领域的研究与发展。光波具有穿透性好、非接触、高灵敏以及操作灵活等特点,是实现纳米制备、表征以及操控的重要手段。具有超衍射极限尺寸... 详细信息

纳米科技是当今科学技术发展的重要推动力量,极大的促进了物理、化学、医学、生物以及材料等众多领域的研究与发展。光波具有穿透性好、非接触、高灵敏以及操作灵活等特点,是实现纳米制备、表征以及操控的重要手段。具有超衍射极限尺寸的空间结构光在远场超分辨成像、光镊、微纳米加工等领域都有着重要的应用。本文基于偏振光的相位调制原理,结合光学实验与光场数值模拟开展了在空间生成具有超衍射极限尺寸的空间结构光的研究。首先设计了一种兼备中心圆形π与涡旋形0-2π相位板特点的新型相位板并加工了实验所需的中心圆形π相位板;其次,通过实验研究了在高数值孔径系统中新型相位板调制圆偏振高斯光焦点处空间结构光的形貌。最后,基于矢量衍射积分理论,通过数值模拟得出了一种具有超衍射极限尺寸、且同时呈现中心对称与轴对称的空间结构光,计算结果与实验结果高度符合。另外,还对新型相位板调制其他偏振态激光光束的有效性进行了研究,包括制线偏振光、径向偏振光以及角向偏振光。结果表明,圆、线、径向与角向偏振条件下得到的空间结构光横向最小暗斑的半高全宽分别为0.31λ、0.32λ、0.24λ与0.36λ;在轴向上,线、径向与角向偏振光情况下的中心暗斑的半高全宽分别为0.8λ、0.78λ.、0.76λ，而圆偏振光在轴向方向没有电矢量分布。

关键词：相位调制超衍射极限结构光衍射积分理论新型相位板

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