用于毫米波焦面阵成像的小F数透镜焦区矢量衍射场分析

采用射线追迹法和Stratton-Chu衍射积分公式研究透镜像空间的矢量衍射场，说明了决定衍射场分布样式的口径场相位分布的确定方法，对双曲面透镜给出了不同入射倾角时的焦区场功率分布，计算结果与实验吻合，并考察了焦区场的矢量特性，计算与实验在毫米波频段完成。     

W 波段焦面阵成像Teflon 衍射微透镜阵列研究

提出并设计了一种应用于W波段焦面阵成像的新型二元Teflon衍射微透镜阵列。新型衍射微透镜阵列仅有两个台阶,与传统折射微透镜阵列相比,大幅度地降低了加工制作的难度。用几何光学、物理光学及FDTD相结合的混合数值方法分析计算了物镜焦区场与微透镜阵列的耦合特性,混合数值分析方法的正确性通过相关实验得到了验证。研究表明,衍射微透镜阵列可具有良好的成像性能。     

设计参数变化对衍射微透镜的影响

给出了多台阶衍射微透镜的设计公式,并阐述了旋转体时域有限差分法。通过采用该方法对设计的多台阶衍射微透镜进行分析,说明了设计参数(包括焦距、入射波长、透镜材料折射率)的变化与微透镜衍射效率、爱里斑半径、最大场强变化的关系,对部分结果的定性讨论与数值分析结果一致。     

用于毫米波焦面成像阵的介质加载波导阵元分析

分析了有望用于毫米波成像焦面阵的介质加载波导阵元，采用时域有限差分法(FDTD)计算输入特性，优化了输入基本匹配时的结构尺寸参数，计算该结构参数下的阵元与成像透镜衍射场Airy斑的耦合效率并与其它阵元做了比较。     

衍射微柱透镜轴向光强分布特性的严格电磁分析

衍射聚焦器件轴向光强分布的焦深和焦移特性，直接决定着系统接收面的装配误差和获得最佳的能量利用率。当器件的口径和面型特征尺寸可与照射波长比拟时，必须考虑光波与衍射器件的电磁作用。利用严格电磁分析方法——时域有限差分法，对有限口径衍射微柱透镜的轴向光强分布进行了严格分析，并且与传统的标量分析方法进行详细比较。分析比较了TE和TM极化波入射情况下，不同面型分布(8台阶，16台阶量化面型和连续面型)的衍射微柱透镜焦深和焦移特性与透镜F数的关系。结果表明透镜轴向光强最大点向透镜面偏移，焦移量的严格计算结果要大于标量计算结果，表明透镜的快聚焦特性，而二者得到的焦深量基本一致，同时两种理论方法都表明透镜焦深和焦移随F数的增加而增加。     

衍射微柱透镜焦深和焦移特性的矢量分析

当衍射光学元件的特征尺寸可以与照射光波长比拟时,必须考虑光波矢量衍射特性。利用矢量分析方法——二维时域有限差分法(FDTD)对有限口径衍射微柱透镜的焦深和焦移特性进行严格矢量分析,与传统标量分析方法的结果进行了详细比较。分析给出TE波垂直入射情况下衍射微柱透镜焦深和焦移与透镜F数的关系,结果表明,微柱透镜的焦移量要大于标量分析结果,而二者得出的焦深量基本一致,这些结论对衍射微透镜的设计和实际应用有一定指导意义。同时分析了透镜面型量化对焦深和焦移的影响,讨论了矢量分析方法的数值色散、计算空间吸收边界的设置和FDTD计算区稳定电磁场向观察面的传播算法。     

双离轴衍射透镜的矢量设计算法

设计特征尺寸可与照射光波长相比拟的衍射光学器件时,必须采用严格的矢量设计算法.为克服传统搜索算法计算次数多、收敛速度慢的缺点,同时结合时域有限差分算法进行光场与衍射器件相互作用的矢量计算,提出了一种高效的迭代算法.利用该算法,设计了双离轴透镜,结果表明,该算法计算次数少、收敛效果好.     

用二维矢量FD—TD法分析平面光波导模场分布

本文用二维矢量时域有限差分（FD－TD）法分析了平面光波导基模（TE0模）和高阶模（TE1模）的模场分布情况,分析基模时用了5种不同形态的光谱作为激励,所得的光场分布在光场传播达到稳定后完全相同,所得TE0模和TE1模的二维稳态模场分布结果均与解析法讨论的结果一致。     

费涅尔透镜焦区场：—谱域法与物理光学的比较

本文分别采用传统的物理光学法（PO）和全波分析的谱域技术（SDT），分析了费涅尔区板（FZP）透镜的焦区场分布。SDT法的计算结果与文献的实验结果一致，通过对PO与SDT两种方法的数值结果比较可知，对单层FZP透镜，PO分析结果的有效性依赖于透镜的焦距与透镜的费涅尔区下限之比，而SDT则具有广泛的适应性。     

非周期三角光栅表面等离子体激元透镜研究

提出了一种新的表面等离子体激元透镜结构,该结构通过在两个亚波长小孔的外表面放置非周期的三角形电介质光栅实现对入射光束的有效汇聚。利用时域有限差分法(FDTD)计算了该结构中的稳态电磁场分布,讨论了光栅数目对成像特性的影响,计算发现,聚焦光斑可能出现一个、二个甚至三个;探讨了光栅折射率对成像的影响,发现在一定介质范围内,随着折射率的增大,焦距也随之增大;除此之外,亚波长小孔的数目、光栅中心距离小孔的位置及中间无三角形等因素都在不同程度上对透镜的成像特性有一定影响。     

基于红外波段的大视场谐衍射透镜设计

针对目前光学设计中,通过增加光学元件数量、限制视场角等方法来平衡像差,导致光学系统较复杂的问题,提出了一种基于红外波段的大视场谐衍射透镜设计方法。使用光学设计软件Zemax进行光学设计,使用DLL编写了一种可以自定义的表面面型,使用这种表面进行分区优化,并结合标量衍射理论进行了成像效果分析。结果显示,所设计的谐衍射透镜具有21°的视场角,截止频率(以0.1作为对比度极限)为11.4 lp/mm,并通过实验验证了该透镜的大视场单透镜成像的可行性。     

阵列波导光栅复用/解复用器焦场的分析及光栅孔径对器件串扰影响的数值分析

利用脉冲响应函数方法,分析计算了阵列波导光栅(AWG)中的焦场分布,得到信号串扰值与AWG孔径以及波导间距的关系。方法简便可行,物理意义鲜明。     

靶场编组站镜箱温度场稳定性影响及优化分析

激光惯性约束聚变(ICF)装置中靶场编组站镜箱内的温度控制是实现光学元件最小变形,保证光束质量的重要环节。建立靶场编组站镜箱数学和物理模型,采用流体动力学分析软件对靶场编组站镜箱内温度场分布进行了数值模拟,计算结果与实测结果吻合。分析了不同鼓风速度v及鼓风角度θ对镜箱内温度场分布的影响及稳定时间,结果表明鼓风速度越大,镜箱内温度场趋于稳定越快,而风速v大于1.3m/s后,稳定时间的减小不明显;鼓风角度对镜箱内温度场稳定影响较大,有最佳值。当鼓风速度v为1.3m/s,鼓风角度θ为20°时镜箱内温度场稳定时间最短,为77min。且在鼓风机关闭后32min内,镜片温差在允许范围内,最大值为0.009K。     

用于惯性约束聚变系统中的色分离光栅近场衍射研究

色分离光栅（CSG）是一种重要的谐波分离衍射光学元件，它的近场衍射调制可能导致其自身及其后续光学元件的激光诱导损伤。根据色分离光栅的实际制作过程建立了包含对位误差、占空比误差、刻蚀深度误差、塌边误差等多种制作误差的色分离光栅加工误差模型。并基于标量衍射理论，采用傅里叶分析方法，利用该模型推导得到了色分离光栅近场内光强分布公式，并针对惯性约束聚变（ICF）驱动器终端光学系统的色分离光栅进行了计算模拟，得出了近场调制随各种加rf：制作误差的变化关系。计算结果表明深度误差和塌边误差对光束近场调制订很大影响，对位误差相对影响较小，而相互影响更加严重。该色分离光栅近场分析和计算模拟方法也可用于其他衍射光学元件。     

与双模SU(2)相干场相互作用的Λ型三能级原子系统中光场的位相特性和原子的相干捕获

本文研究了与双模ＳＵ（２）相干场相互作用的Λ型三能级原子系统中光场位相的动态特性，证明了光场每个模的位相及两个模的位相和均保持随机分布，给出了光场两个模位相差的平均值及方差表达式，探讨了系统初态及原子－光场耦合强度对光场两个模位相差涨落的影响，并揭示了在适当的条件下，系统呈现原子的相干捕获现象．