与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同,本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处,通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场,并选择合适的偶极子天线长度,就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明,创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致,球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活,可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑,这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。
物理光学 球形聚焦光斑 偶极子天线 4Pi聚焦系统 光学学报
2024, 44(10): 1026033
强激光与粒子束
2023, 35(2): 023008
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台,上海200092
极紫外正入射光学系统广泛应用于生物结构显微成像、等离子体诊断、太阳物理观测和极紫外光刻等领域中,对其开展深入研究具有重要意义。本文对同济大学精密光学工程研究所在极紫外正入射光学系统方面的最新进展进行介绍,列举了应用于超热电子诊断、微纳成像、极紫外辐照损伤及Z箍缩等离子体诊断等不同场景中的多套正入射光学系统。这些系统分别在相应的应用中实现了优异的性能表现:毫米级视场内微米级的空间分辨;几十微米级视场内亚微米的超高空间分辨;大数值孔径下的超高能量密度极紫外辐照及多能点多通道的时空间诊断。研究所在极紫外正入射光学系统研究中取得的进展为我国等离子体诊断设备的自主可控及高端制造装备的技术储备提供了有力支持。
极紫外 多层膜 Schwarzschild系统 等离子体诊断 成像系统 聚焦系统 extreme ultraviolet multilayer Schwarzschild system plasma diagnostics imaging system focusing system 光学 精密工程
2022, 30(21): 2678
浙江工业大学信息工程学院光纤通信与信息工程研究所,浙江 杭州 310023
基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论,研究了拉盖尔-高斯分布圆柱矢量(CV)涡旋光束同轴相向入射到插入了衍射光学元件(DOE)的由两个相同高数值孔径透镜构成的4Pi聚焦系统的聚焦特性。数值模拟结果表明,DOE的相位调制使焦场呈现球形结构,增加DOE的环数可以得到更多的光球。采用六环DOE且两侧入射光束同相时,当拓扑电荷,径向偏振光束聚焦得到6个半峰全宽均为(λ为波长)并以间距沿轴向排列的单行多光球结构;角向偏振光束聚焦得到每行各5个光球且行间距为的双行多光球结构,其大小和纵向间距与径向聚焦结果一致;偏振角为的CV光束聚焦可以形成光链结构。时CV涡旋光束的聚焦也能得到光链结构;时其焦场强度分布会转化为暗通道结构。此外,通过调节4Pi聚焦系统两侧入射光束的相位差还可以控制生成的焦场沿着纵向方向移动,移动距离与相位差为线性关系,且移动速度与相位差的变化速率线性相关。这些结果对于微观粒子的捕获和操控具有潜在的应用价值。
物理光学 偏振 涡旋光束 4Pi聚焦系统 光球 光链 光学学报
2022, 42(13): 1326002
主要研究了调制入射光场的衍射光学元件(DOE)对聚焦场的影响。以贝塞尔-高斯光束为例,利用Richards-Wolf矢量衍射积分理论,分析几种不同DOE结构调制的径向偏振光束的4π聚焦场。数值模拟结果表明径向偏振光束经DOE调制后的4π聚焦,在焦平面附近形成了具有潜在应用价值的多光球结构,并且发现形成的光球的个数与DOE的环数有关,而DOE的透射函数对其影响较小,且所形成光球的个数会随着DOE结构环数的增加而增加。
物理光学 偏振 衍射光学元件 4π聚焦系统; 光球 光学学报
2021, 41(20): 2026001
为解决电润湿液体透镜调焦系统的单色像差随调焦过程中发生较大改变的问题, 提出利用梯度折射率分布可调的液晶透镜对系统单色像差进行校正的设计方案。在850 nm波长下, 采用液晶透镜对系统在无限远到200 mm间6种典型物距下的单色像进行校正。在系统像差最大的无限远物距下, 边缘视场的点列图几何半径从44.696 μm减小到7.423 μm, 其余视场下的弥散斑均减小到艾里斑以内, 系统单色像差得到了较好的校正。为减少液晶透镜响应时间, 将液晶透镜改为5个1/5盒厚的液晶透镜的叠层组合, 大幅提高了响应速度。研究发现, 此结构同样对系统在不同物距下的单色像差具有良好的校正作用。
电润湿液体透镜 液晶透镜 梯度折射率 单色像差校正 调焦系统 electrowetting liquid lens liquid crystal lens gradient index monochromatic aberration correction focusing system
浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室,浙江 杭州 310027
具有调焦功能的光学系统在空间探测领域中有着重要的应用需求。设计了一种基于自由曲面垂轴偏移的内调焦光学系统,该系统中采用特殊自由曲面面型结构,构建自由曲面透镜组,利用垂轴偏移的变焦特性,改善光学系统的成像位置,提升在空间环境多样性和宽物距成像的适应性能力。具体分析了自由曲面透镜组的调焦原理,并成功将自由曲面透镜组应用到焦距为100 mm的光学系统中,分析像距扰动和物距变化两种情况下的成像质量和偏移量。结果表明,光学系统的调制传递函数在奈奎斯特频率处大于0.3,满足成像要求,该系统具有成像性能稳定和微米量级补偿量等特点。
内调焦系统 变焦透镜 自由曲面 垂轴偏移 internal focusing system zoom lens freefrom vertical deflection 红外与激光工程
2021, 50(4): 20200290
强激光与粒子束
2020, 32(8): 083002
电子光学系统是毫米波速调管长寿命和整管性能实现的关键,毫米波速调管零件尺寸较小,为了在Ka波段和W波段实现千瓦量级的输出功率,要求具有高的电子注通过率及低的阴极负荷。对Ka波段和W波段电子光学系统特性进行了分析,确定了Ka波段10 kW分布作用速调管和W波段1 kW分布作用速调管电子光学系统的设计方案,利用软件对电子枪和聚焦系统的结构进行计算,并采用CST仿真软件对设计的电子枪发射的电子注在聚焦磁场中的状态进行优化。设计出的Ka波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压26 kV,发射电流2 A,互作用区长度30 mm,磁场强度大于0.6 T,流通达到100%。设计的W波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压17 kV,电流0.65 A,互作用区长度20 mm,磁场大于0.9 T,流通达到100%。已制成Ka波段速调管和W波段速调管,设计的电子光学系统能够满足速调管工程化需求。
Ka波段 W波段 电子光学系统 电子枪 聚焦系统 Ka-band W-band electron optics system electron gun focusing system 强激光与粒子束
2020, 32(10): 103013
强激光与粒子束
2019, 31(12): 124001