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大口径光子筛的小孔环带衍射模型设计

Design of Large-Aperture Photon Sieve Using Pinhole Ring Diffraction Model

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摘要

光子筛于2001年由德国Kiel University的科研小组为提高软X射线的聚焦能力而提出[1],它是一种用大量小孔代替菲涅耳波带片中的透明环带而成的新型衍射光学元件。光子筛具有质量轻、体积小、光谱范围宽、支撑结构简单等优点,在航空航天、天文观测、极紫外光刻、物理和生命科学等领域具有良好的应用前景。自光子筛概念被正式提出之后,国内外许多科研工作者对此课题进行了大量的研究,主要针对光子筛相关理论研究[2-3]、焦深与色散问题[4-5]、多波长特性[6]以及光子筛切趾窗口函数[7]等方面[8-10]。Andersen等[11-12]设计并制作了一个直径为10 cm、工作波长为532 nm的大口径光子筛,同时进行光子筛对分辨率板的成像测试实验,证实光子筛可以应用于望远镜中。Gao等[13]分析研究了大口径光子筛的成像特性。目前,光子筛的研究主要存在2个方面的问题:短波长、大数值孔径光子筛的小孔过于微小导致其工艺难以实现;大口径光子筛计算效率低导致其优化设计困难。本文主要对大口径光子筛的计算效率进行研究,通过改善大口径光子筛衍射场计算模型以减少大口径光子筛的设计难度。以远场光子筛小孔衍射模型为基础,验证了小孔环带衍射模型指导大口径光子筛设计的准确度。

Abstract

We propose an improved design solution of large-aperture photon sieve. All the pinholes in one Fresnel ring are regarded as a whole, and the diffraction field formula is deduced after approximation and transformation based on the nonparaxial far-field pinhole diffraction model. The main work of this paper focuses on the internal condition of pinhole ring diffraction model. According to calculation, the diffraction field calculated by the pinhole ring model is basically consistent with that calculated by the traditional far-field pinhole model, the large photon sieve designed by the new method focuses well on the focal plane, and the computational efficiency is greatly improved. This method could benefit the flexibility of design and fabricating the larger aperture photon sieve.

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补充资料

DOI:10.3788/AOS201939.1005003

所属栏目:衍射与光栅

基金项目:高分辨率对地观测重大专项;

收稿日期:2019-04-19

修改稿日期:2019-07-05

网络出版日期:2019-10-01

作者单位    点击查看

周润:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033中国科学院大学, 北京 100049
张新:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
王仁浩:火箭军装备部驻哈尔滨地区军事代表室, 黑龙江 哈尔滨 150000

联系人作者:周润(zhourun2020@sina.com); 张新(optlab@ciomp.ac.cn);

备注:高分辨率对地观测重大专项;

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引用该论文

Run Zhou,Xin Zhang,Renhao Wang. Design of Large-Aperture Photon Sieve Using Pinhole Ring Diffraction Model[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(10): 1005003

周润,张新,王仁浩. 大口径光子筛的小孔环带衍射模型设计[J]. 光学学报, 2019, 39(10): 1005003

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