光栅衍射效率的二阶标量近似法研究

详细介绍了计算光栅衍射效率的二阶标量近似法,推导出一种简单有效的计算光栅衍射效率的近似公式.给出了利用近似公式对几种情况下光栅衍射效率的计算结果,并与普通标量法、严格矢量法的计算结果进行了比较.     

微小孔近场衍射的能量传输

用标量衍射理论研究了圆孔近场衍射中的能量传输,计算了透系数及轴线上衍射场的能流密度,在微小孔衍射的情况下,讨论了矢量衍射理论对能量传输问题标量处理的修正。     

压电晶体表面有限孔径源所产生声表面波的衍射场

到目前为止,声表面波有限孔径叉指换能器产生的衍射场一般是用角谱理论来进行唯象分析的,该标量理论的主要近似是忽略了问题的矢量性质,象在光学中那样,假定波场可以用一个标量来描述。在本文中,利用我们发展起来的压电晶体中弹性波场表面激发的严格矢量理论,给出了声表面波衍射场的全面严格的表叙。作为例子,对YZ-LiNbO_3进行了数值计算,所得结果跟角谱理论作了比较讨论。     

基于响应函数的大口径衍射元件光场调制分析

针对大口径衍射光学元件快速高精度分析难题，提出了基于响应函数的光场调制分析方法。首先，将衍射元件表面的微结构分解成多个台阶结构；然后，使用严格矢量理论方法计算台阶对入射光场的调制作用，并转化成阶跃响应函数；最后，利用相干合成原理将每个台阶的阶跃响应函数合成为微结构对入射光场的响应。分析了微结构最小线宽、响应函数作用范围和台阶定位误差等对计算精度的影响，并利用所提方法计算了不同口径衍射透镜的近场及远场分布。结果表明，即使存在25 nm的台阶定位误差，透镜远场的最大光强和衍射效率与严格矢量理论计算结果的差异仍然小于2%，同时计算效率提升了至少3个数量级，可见，所提方法可兼顾大口径衍射元件分析的精度与速度。     

光盘光学系统的矢量衍射理论分析

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 ,要得到正确的结果就必须采用矢量衍射理论     

衍射光学元件的效率研究

衍射光学元件的衍射效率是其在设计和应用时需要重点考虑的因素。用标量理论的方法分析可以得到较高的理论衍射效率。然而,标量理论所作的假定限制了其在高频衍射结构中分析结果的精确性,制作上的局限也降低了实际可能的衍射效率。讨论了标量分析的方法,并说明了怎样结合设计实际来实现对衍射效率的提高。     

圆孔衍射的透射系数

用平面波角谱衍射理论计算了圆孔衍射场 ,通过引入标量光场的能流密度矢量 ,计算了圆孔衍射的透射系数     

用振幅矢量法计算光栅衍射的光强分布

本文介绍了一种在普通物理阶段严格计算光栅衍射光强分布的振幅矢量方法，此方法回避了困难的菲涅耳－基尔霍夫积分，这通常在普通物理中是不被采纳的，用振幅矢量法计算有两个显著的优点，一个是物理概念清楚，另一个是计算简单严格。     

用于光盘分析的标量衍射理论综述

标量衍射理论是最早用于分析光盘读出光场的理论,它用标量函数描述光场,计算和理解读出过程比较简单。在只读光盘(CD及其兼容类)发展的过程中,它一直扮演着基础理论的角色。综述和比较了1970年以来的一些标量衍射理论,重点讨论了光盘信息符的模型及标量衍射分析方法等。对各种方法的优缺点作了评述,对如何定量描述标量衍射理论在分析高密度光盘方面的局限性问题提出了建议。     

用振幅矢量法计算光栅衍射的光强分布

本文介绍一种在普通物理阶段严格计算光栅衍射光强分布的振幅矢量方法，此方法回避了困难的菲涅耳－基尔霍夫积分，这通常在普通物理中是不被采纳的．用振幅矢量法计算有两个显著的优点，一个是物理概念清楚，另一个是计算简单严格     

Technique for Monolithic Fabrication of Microlens Arrays Integrated with Infrared CCD

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ(ＩＲＣＣＤ )ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆｒｏｍ 3ｔｏ 5μｍｈａｓｎｕｍｅｒｏｕｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｂｏｔｈｍｉｌｉｔａｒｙａｎｄｃｉｖｉｌｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ[1] .Ｔｏ ｇｅｔｌａｒｇｅａｒｒａｙＩＲＣＣＤ ,ｒｅｃｅｎｔｔｒｅｎｄｓｉｎＩＲＣＣＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｔｏｒｅｄｕｃｅｂｏｔｈ ｐｉｘｅｌｓｉｚｅａｎｄｔｈｅａｃｔｉｖｅａｒｅａ .Ｗｈｅｒｅａｓｔｈｅｆｏｒｍｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｓａｒｒａ…     

Technique for Monolithic Fabrication of Microlens Arrays Integrated with Infrared CCD

Based on scalar diffraction theory, 8-phase-level 256×256 elements diffractive microlens array with element dimension of 50×33 μm2 have been fabricated on the back-side of PtSi(3～5 μm) infrared CCD. The measurement results indicated that the ratio of the signal-to-noise of the infrared CCD with microlens was increased by a factor of 2.8.     

N阶闪耀光栅衍射理论分析

首先用标量衍射理论导出一般周期物射效率的推论，然后求出了Ｎ阶二元闪耀光栅衍射效率公式；最后分别对理想情形和有误差情形进行了讨论。     

Binary subwavelength diffractive-lens design

We present a procedure for the design of binary diffractive lenses with pulse-width-modulated subwavelength features. The procedure is based on the combination of two approximate theories, effective medium theory and scalar diffraction theory, and accounts for limitations on feature size and etch depth imposed by fabrication. A design example is presented.     

An improved vector model for analyzing the diffraction field of sub-wavelength diffractive optical elements

An improved vector model to analyze the diffraction field of sub-wavelength diffractive optical elements is proposed. Based on the pioneer model put forward by Prof. M. Mansuripur, the Fresnel formula is further applied in our work to calculate the transmitted light field. A revised model is built, the updated vector diffraction formula is deduced and a computing example is given. Compared with Mansuripur's method, our method leads to results closer to those obtained by finite-difference time domain (FDTD), which is always considered as a more rigorous algorithm. Therefore, this paper provides the practical and fast algorithm for computing the diffraction light field of sub-wavelength diffractive optical elements.     

二维光栅与周期性缝隙阵列组合薄膜结构的杂散光抑制

传统方格型二维光栅与周期性缝隙阵列的组合薄膜结构具有雷达和光学波段双带通的电磁特性. 但由于其杂散光能量集中分布而严重制约它在高精度探测以及成像领域中的应用. 本文提出了一种全新的组合薄膜结构, 即由满足一定约束条件的圆孔型二维光栅和十字缝隙阵列构成. 基于Fraunhofer衍射理论建立组合薄膜结构标量衍射模型, 通过对比两种组合薄膜结构的衍射光分布, 理论分析与实验测试均表明: 圆孔型光栅与十字缝隙阵列组合薄膜结构不仅能够提高其光学透过率, 而且还使其杂散光分布均匀, 降低了其杂散光总比率, 从而有效抑制杂散光, 进一步增强了二维光栅与周期性缝隙阵列组合薄膜结构在实际光学系统中的可靠性. 关键词： 二维光栅 组合薄膜结构 衍射光强 杂散光     

中波红外微型静态傅里叶变换光谱仪的设计与分析

提出一种基于微光学元件的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪,通过引入红外微结构衍射光学元件、多级微反射镜和微透镜阵列,实现仪器的微型化.介绍了微型傅里叶变换红外光谱仪的结构及基本原理,分析了微型准直系统和聚焦耦合光学系统的设计理论,研究了单片折衍混合准直透镜的残存像差、衍射面的衍射效率、多级微反射镜的衍射、微透镜阵列的孔径衍射和中继系统的轴向装配误差对光谱复原的影响.最后,对中波红外微型傅里叶变换光谱仪进行了建模仿真,得到的复原光谱与理想的光谱曲线比较符合,实际的光谱复原误差为2.89%.该中波红外微型静态傅里叶变换光谱仪无可动部件,且采用了微光学元件取代了传统的红外镜头,不仅稳定性良好,而且体积小、重量轻,有利于在线监测应用.     

Electromagnetic effects for the resonance-domain IR diffractive optics

Binary optics technology enables the manufacture of arrays of diffractive micro-optical elements which are used in many optoelectronic devices, e.g. the focal plane collection optics. The first-order diffraction grating efficiency decreases in the best part of the resonance-domain region of diffraction, i.e. when the grating period is close to the optical wavelength in the substrate material. A large fraction of the fast binary lens surface relief is built of staircase annular structures whose width is of wavelength scale. Therefore, the rigorous electromagnetic theory of gratings has been applied in this paper to calculate and analyze the diffraction effects for the resonance-domain longwave (8–12 μm) infrared (LWIR) binary optics. It is shown that electromagnetic effects limit the speed of the LWIR first-order diffractive lenses and the optical gain achievable with the diffractive lenses used as the focal plane collection optics in the IR detection systems.     

Diffractive optics: Design, realization, and applications

This paper presents methods for designing and recording optimal computer-generated diffractive optical elements. The design method is based on an analytic ray-tracing procedure for minimizing aberrations. The recording involves computer-generated masks and multiple lithographic processes in order to form reflective and transmissive multilevel, surface relief-phase, diffractive elements. As a result, the elements can have high diffraction efficiencies over a broad range of incidence angles. Even generalized diffractive elements that operate with highly uniform diffraction efficiency and polychromatic radiation can be designed and recorded by optimizing the shape and height of the relief gratings. To illustrate the effectiveness of the diffractive optical elements, they have been incorporated into a number of applications, involving visible as well as infra-red radiation. Some that deal with coordinate transformation, beam shaping, and polarization control are briefly reviewed.