基于场曲的物像间曲直面的换算及其应用

从点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推理得到仅有场曲像点的光强和位置的计算式,进而分析探讨了基于场曲的物像间曲直面的换算原理与方法及其应用。该方法有利于光学设计中对场曲进行像差平衡与校正、光学加工中对场曲的检测与修正、数码成像时做场曲的电子校正以及虚拟测量中的曲直面换算等。     

双层衍射元件在投影式头盔光学系统设计中的应用

利用双层衍射元件设计了一款折衍混合投影式头盔光学系统。系统的衍射效率在可见光波段＞90%,提高了像面图像的对比度,增加了色彩真实性。在出瞳距离为25 mm,出瞳直径为10 mm条件下,系统的视场角为50°,有效焦距为32 mm,直径为19.2 mm,重量为7.8 g,继承了投影式头盔光学系统的轻小性特征;调制传递函数(MTF)在38 lp/mm时,边缘视场达到0.3以上,中心视场达到0.6,充分满足2.8 cm(1.1 in)彩色LCD微显示器的SXGA显示模式;系统垂轴色差为8.2 μm,场曲为0.4 m^-1,畸变为5%,成像质量满足虚拟环境和可视化训练要求。文中给出了双层衍射元件的二元面特征曲线,每周期刻蚀八个台阶时,最小特征尺寸为6.3 μm,且易于加工实现。     

激光为光源的液晶自适应眼底成像系统

摘要：本文介绍了基于液晶波前校正器的模拟人眼眼底自适应成像系统,该系统采用Shark-Hartman波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过计算处理转化为灰度图通过电脑施加到LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过校正后系统波前误差从1.92m降低到0.048m系统分辨率接近70lp/mm已经到达该光学系统衍射极限分辨。     

消旋检测系统像差校正衍射元件的加工分析

基于一种检测机载制冷型CCD消旋机构的红外光学系统,对非球面为基面的衍射元件进行系统像差校正。通过控制衍射元件非球面基面的方法得到衍射面面型,使用金刚石单点车削技术(SPDT)进行衍射元件的高精度加工,并对影响衍射元件加工精度及加工工艺因素进行了分析。     

不等宽等深度二元矩形光栅矢量衍射理论的建模研究

应用 Maxwell’方程和电磁场边界连续条件研究了用矢量衍射理论分析不等宽等深度二元矩形光栅衍射特性的数学建模问题。     

衍射双波段红外光学系统设计

基于定向光栅能对不同波长的不同级光谱闪耀的原理,从一种比较新颖的角度将衍射光学元件成功地应用于双波段红外光学系统设计,使系统在衍射效率达80%的中波红外波段3.8～4.2μm和长波红外波段8.8～11.5μm同时较好地完成像差校正,会聚到共同的焦点。最后以一个f/2单透镜衍射光学系统进行了验证。设计结果表明,此双波段光学系统结构紧凑、原理简单、不需要额外的机械设备,为双波段成像、探测提供了一条新的思路。     

基于Rayleigh-Sommerfeld积分的矢量衍射理论的适用范围

以径向偏振的Laguerre-Gaussian光束为例,探讨了基于Rayleigh-Sommerfeld积分的矢量衍射理论的适用范围。经与Richards-Wolf理论计算结果比较发现,在有效数值孔径小于0.4的情况下,Rayleigh-Sommerfeld理论可以适用,并可用于探讨小菲涅耳数的焦移问题。但对于紧聚焦大数值孔径系统,Rayleigh-Sommerfeld理论不再适用,因为这种理论低估了光波的衍射效应和矢量性,使得计算所得的聚焦光斑尺寸偏小。     

一种新颖的点衍射干涉轻敲模式原子力显微镜

论述了一种新颖的原子力显微镜,它利用硅微探针的特殊结构和相关光学系统所引起的点衍射干涉现象[1]来扫描成像,因为硅微探针被用作反射型点衍射板,故光路完全共路,再结合锁相检测技术,使得该仪器抗干扰力极强且结构精巧紧凑,可适用于测试软硬不同材料样品,对软质高分子膜材料检测得到了实际的链状结构。     

衍射光学元件杂散光分析的数据结构及鬼像分析

当光学系统中存在衍射元件时,特别是高功率激光光学系统中,由于多级衍射和多次反射的存在,因此系统中将会产生危害性的杂散光和鬼像。提出了一种用于衍射光学元件杂散光分析的树形数据结构,树的每一个结点描述了系统中两个表面之间传输的光束参数,并且根据光路计算结果,动态地开辟内存空间存放杂散光和鬼像的位置、能量等数据。对含1个衍射面和7个常规面的光学系统作了实例计算,表明用这种数据结构可以全面分析系统中的杂散光,给出鬼像位置和估计鬼像能量。当取最高反射次数为4次,衍射级为0到±5级时,运行时间在1s以内,成功地分析了该红外光学系统的鬼像。     

空间大口径衍射成像系统的图像 反演恢复与增强

面向高轨监视领域对超大口径、轻量化的高分辨率光学载荷的迫切需求,提出了一种以衍射元件为主镜的空间大口径衍射成像系统图像反演恢复与增强方法。针对大口径光学系统像差和主镜衍射效应引起的模糊严重以及点扩散函数空间变化性大等降质问题,基于正则化理论框架和等晕区分块思想,提出了基于多正则化约束的衍射成像系统图像反演恢复方法,研究了多参量多约束模型的高效求解方法。针对衍射效率不足和非设计级次背景杂波引起的图像信噪比低和对比度下降严重的问题,结合小波阈值滤波与非线性变换,提出了自适应的衍射成像系统图像质量增强方法。最后进行了实验验证,实验结果表明:当空变等级达到了3.0时,恢复结果与原始图像的结构相似度在0.8以上,信噪比提升10%以上,信息保真度在80%以上。该方法在有效提升图像清晰度与对比度的同时,提高了图像的信噪比,对超大口径薄膜衍射成像系统的实际空间应用具有一定的理论研究意义和工程应用价值。     

X射线多重衍射效应

本文介绍了X射线多重衍射效应的起因,多重衍射图谱的指标化,给出了用普通X射线粉末衍射仪观测多重衍射效应的方法,并简要说明了多重衍射效应的应用。     

Diffraction of circularly polarized light from near-field optical probes

Diffracted fields from 100-nm aperture near-field scanning optical microscopy (NSOM) probes and uncoated tapered fibres are measured and analysed. Using a solid angle scanner, the two-dimensional intensity distribution and polarization state of the diffracted light are resolved experimentally. Polarization analyses show that circularly polarized input light does not maintain its polarization state for all diffraction angles, and is completely filtered into linearly polarized light at large polar diffraction angles. This drastic decomposition originates from the vector nature of light diffracted by the sub-wavelength aperture. There is a fundamental difficulty in generating circularly polarized light near the aperture of NSOM probes owing to polarization-dependent diffraction in the near-field regime. This is illustrated by the Bethe-Bouwkamp model using circularly polarized input light.     

Diffraction methods in tribosystem diagnostics

In this paper, two structural analysis methods, X-ray diffraction and electron diffraction, are considered for their use in tribosystem diagnosis. It is shown that, for certain applied tribological problems, such as determination of friction conditions and type of wear regime, estimation of running-in period, selection of optimum wear-resistant materials, and of suitable conditions of friction and wear, these methods can be used in addition to more conventional tribotesting and tribodiagnostic methods. A study of the structure of certain friction pair materials and wear particles was conducted. X-ray investigations of the surface layers of the friction pair materials showed that structural characteristics, such as broadening and intensity of diffraction lines, can be used in the estimation of friction conditions. Examples of the choice of structurally wear-resistant engineering materials, and of suitable friction conditions, are given. The study of wear particles produced under different friction conditions shows that these particles vary not only in form and dimensions, but also in phase composition. This provides important additional information for friction and wear process diagnostics. The method involves electron diffraction analysis of isolated wear particles, which allows us to characterise the wear processes under friction conditions. It is shown that a definite phase composition, the fineness of wear particles, and the quantitative ratio of each of the wear product phases, can be characterised for different wear types. Some useful applications of these investigative methods for analysis of the wear nature of friction pairs are described.     

扫描全息术中菲涅耳波带板的衍射问题分析

对扫描全息术中作为编码孔径的菲涅耳波带板的衍射问题进行了数值计算和实验观测。对波带板的菲涅耳衍射积分方程进行了数值求解,在计算时考虑了透镜的位相调制作用;为了使分析问题直观、数值计算简化,通过对比有透镜时波带板的衍射强度分布,求解出无透镜时具有相同分布的等效距离,同时引入了菲涅耳虚衍射面的概念;为了定量描述波带板的衍射效应,定义了临界衍射距离;为了验证数值计算的正确性,在实验中观测并记录了透镜焦距、波带板环数和半径对临界衍射距离的影响;对发散球面波入射时临界衍射距离的变化也进行了讨论。数值计算和实验观测结果对波带板扫描全息成像系统中编码孔径的结构设计、成像物体与透镜的距离以及透镜焦距的选取具有指导意义。     

亚波长光栅的衍射效率

本文使用矢量衍射理论一严格的耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率进行了数值计算，得到在不同光栅参数时亚波长光栅的衍射效率，对影响光栅衍射效率的各个光栅参数分别进行分析，讨论了光栅在光栅参数变化时的衍射特性，给出衍射效率随光栅各个参数的变化曲线。由结果可知亚波长光栅的衍射效率随光栅槽的深度以及光栅占空比有着规律性的变化，选取不同的光栅参数就可得到完全不同的衍射效率，这样就为设计出所需要的光栅滤波特性提供了制造依据。     

X光衍射仪样品台维修实例

本文研究了X射线衍射仪的样品台的工作原理与机械结构设计。首先检查并且分析了发生故障的原因。此次故障主要是由于润滑油枯竭导致设备轴承锈蚀所造成的。然后通过对样品台构造的分析,成功的拆卸并且修复了样品台,清洗了样品台中锈蚀的滚子轴承,清除了进一步锈蚀的隐患。此次维修为X射线衍射仪的维修积累了宝贵的经验,保证了学校的科研与教学工作顺利进行。     

变栅距光栅衍射特性分析

光纤式变栅距光栅位移传感器是一种新的位移传感器,变栅距光栅是该位移传感器的核心元件,传感器的位移分辨率决定于变栅距光栅的光谱分辨,分析和研究如何提高变栅距光栅的光谱分辨能力是位移传感器提高位移分辨的关键。基于夫琅和费衍射理论,推导了对于变栅距光栅,平行光入射后的衍射光强的角度分布。计算变栅距光栅参数相同,入射光斑宽度分别为5mm和10mm衍射光的分布特点;10mm入射光斑,光栅参数不同时衍射光的分布特点。实验验证了不同入射光斑宽度对光纤式变栅距光栅位移传感器分辨率的影响。由于变栅距光栅的衍射特点,入射光斑直径的大小是传感器分辨率的一个重要影响因素。     

X射线衍射技术在材料分析中的应用

X射线衍射分析技术是一种十分有效的材料分析方法,在众多领域的研究和生产中被广泛应用。介绍了X射线衍射的基本原理,从物相鉴定、点阵参数测定、微观应力测定等几方面概述了X射线衍射技术在材料分析中的应用进展。     

X射线衍射仪故障与维修实例

本文研究了X射线衍射仪的样品台的驱动原理与机械结构设计。通过对设备构造的分析,成功的更换了X射线衍射仪的主机电源,更换了L6202电机驱动模块,修复了控制样品台Y轴电机的驱动电路。最后排除了导致设备短路的故障点。此次维修为大型仪器设备的维护积累了宝贵的经验。     

双矩形光栅衍射特性分析

双光栅系统的衍射一干涉效应非常重要,现从置于透镜前方的任意两个衍射屏出发,推出透镜后焦平面的光强分布可以用两个衍射屏的振幅透射率函数的相关来表示,然后把该结论用于两个完全一样的矩形光栅,得出了双矩形光栅在一些特殊间距时透镜后焦面上的光强分布可以表示为周期不同的三角形光栅透过率。