新型光场调控技术已经在焦场调控、光学微加工、光学微操纵和光通信等领域取得了众多重要成果。提出了一种基于贝塞尔光束的复合光场调控方案，利用贝塞尔光束固有角谱和环形光阑的锐边衍射实现了远距离的超衍射极限聚焦。理论和实验结果表明，轴棱锥-透镜系统生成的局域空心光束经环形光阑产生锐边衍射，其高频成份得到增强，从而具有超衍射聚焦特性。该局域聚焦光场与周围旁瓣光场距离很远，有望应用于远场超分辨显微成像和光镊等领域。
衍射与光栅 光场调控 局域空心光束 超分辨 贝塞尔光束 锐边衍射 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2105001
Author Affiliations
Abstract
1 Jinan University, Department of Optoelectronic Engineering, Guangzhou, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Guangzhou, China
Optical superoscillation refers to an intriguing phenomenon of a wave packet that can oscillate locally faster than its highest Fourier component, which potentially produces an extremely localized wave in the far field. It provides an alternative way to overcome the diffraction limit, hence improving the resolution of an optical microscopy system. However, the optical superoscillatory waves are inevitably accompanied by strong side lobes, which limits their fields of view and, hence, potential applications. Here, we report both experimentally and theoretically a new superoscillatory wave form, which not only produces significant feature size down to deep subwavelength, but also completely eliminates side lobes in a particular dimension. We demonstrate a new mechanism for achieving such a wave form based on a pair of moonlike sharp-edge apertures. The resultant superoscillatory wave exhibits Bessel-like forms, hence allowing long-distance propagation of subwavelength structures. The result facilitates the study of optical superoscillation and on a fundamental level eliminates the compromise between the superoscillatory feature size and the field of view.
optical superoscillation wave propagation sharp-edge diffraction Advanced Photonics
2021, 3(4): 045002
针对雷达目标自动识别,对目标属性散射中心进行了参数化建模。建模前,基于实体部件分解的目标进行高精度几何建模,提出了一套含空间射线分集的射线追踪方法。基于此,发展了一套基于空间射线分集的目标散射中心参数化正向建模方法。在现有的提取面类散射源的基础上,增加了目标边缘强散射源的散射中心,同时推算出了其模型参数。将该方法所得的结果与现有高频方法的结果进行对比,验证了参数化模型的有效性。所提出的参数化建模的方法为雷达目标特征数据库的获取提供了一条新的辅助途径。
散射 参数化建模 属性散射中心模型 射线分集 边缘绕射 激光与光电子学进展
2019, 56(12): 122901
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
2 广西高校光电信息处理重点实验室, 广西 桂林 541004
利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米级条纹沉积是一种新型的研制纳米结构长度标准传递方法。在会聚原子过程中, 由于沉积基片的存在, 激光驻波场内会产生直边衍射现象, 从而影响原子的运动轨迹及沉积光栅。建立了直边衍射扰动下激光驻波场模型, 通过四阶龙格-库塔法, 对铬原子的三维运动轨迹及沉积效果进行仿真。考虑到激光功率与失谐量的影响, 从半峰全宽(FWHM)和对比度入手, 对铬原子运动轨迹及沉积条纹特性进行分析。结果表明, 当激光功率为3.93 mW, 失谐量为200 MHz时, 原子沉积光栅的FWHM为6.043 nm, 对比度为0.863, 原子沉积光栅的质量最佳。与经典模型相比, 该模型考虑了驻波场中直边衍射的影响, 所得模拟结果更接近实际, 对实验有理论指导意义。
激光光学 直边衍射 三维沉积特性 龙格-库塔法
桂林电子科技大学 电子工程学院, 桂林541004
为了研究基片的直边衍射效应对激光汇聚铬原子沉积特性的影响, 利用半经典模型, 采用改进后的设定恰当步长的4阶龙格-库塔算法, 模拟了铬原子在直边衍射激光驻波场中的3维运动轨迹和3维沉积光栅结构, 研究了衍射边与反射镜的距离、激光中轴线与基片表面的距离对激光汇聚原子沉积过程的影响。结果表明, 基片摆放位置不同, 沉积效果受到衍射效应的影响程度也随之改变;当衍射边到反射镜的距离为0.81cm、激光中轴线与基片表面的距离为0.01mm时, 纳米光栅的半峰全宽最小, 同时对比度最大。该研究成果为原子光刻实验提供了丰富的理论指导。
激光技术 直边衍射 龙格-库塔算法 3维沉积 laser technique straight edge diffraction Runge-Kutta algorithm 3-D deposition
中北大学 电子测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
针对直边衍射效应造成的图像边缘退化问题，建立边缘退化模型。从菲涅尔直边衍射理论出发，基于信号与系统理论的图像边缘退化数学描述方法，分析了造成图像边缘退化的原因。通过分析不同光源波长和成像物距下直边衍射强度分布曲线的特点，构造简单函数实现衍射光强分布的近似，进而得到退化系统传递函数; 利用退化系统传递函数构造滤波器对获取图像的边缘进行恢复，从而提高尺寸测量精度。实验结果表明: 经边缘恢复方法校正后的测量结果误差约为0.02 mm，相对未校正数据的测量结果误差减小0.04 mm，提高了尺寸测量精度。
尺寸测量 直边衍射 边缘退化 边缘恢复 size measurement straight edge diffraction edge degradation edge restoration
1 西安电子科技大学理学院, 陕西 西安 710071
2 咸阳师范学院物理与电子工程学院, 陕西 咸阳 712000
利用复高斯函数展开法，有限尺寸圆形平面镜被分解为一系列高斯孔径的叠加。在此基础上，利用ABCD矩阵结合Rytov近似，计算了湍流中有限尺寸圆形平面镜回波的平均强度及后向增强系数，揭示了反射波二阶矩振荡区间的存在。通过计算相干度函数及相干长度，证明了振荡区间湍流会对波前产生更大的影响。
大气光学 边缘衍射效应 复高斯函数展开法 后向增强效应 相干长度 光学学报
2013, 33(11): 1101002
1 军械工程学院 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 中国科学院 重庆绿色智能技术研究院, 微纳制造与系统集成中心, 重庆 401122
3 中国华阴兵器试验中心, 陕西 华阴 714200
为了实现高均匀性的半导体激光器泵浦光源，研究了成像型光束积分器中微透镜的变化对泵浦光均匀性的影响。详细讨论了微透镜数值孔径与入射光束的角度匹配的问题。推导了高斯光束经成像型光束积分器的光场分布模型，分析了微透镜的边缘衍射对光斑均匀性的影响，明确了微透镜孔径大小的取值范围，并利用ZEMAX进行了系统仿真及实验验证。结果表明，经优化后的成像型光束积分器实现了不均匀性为811%的矩形光斑。
半导体激光器 光束整形 边缘衍射 微透镜阵列 成像型光束积分器 semiconductor laser beam shaping edge diffraction microlens array imaging beam integrator 强激光与粒子束
2013, 25(10): 2556
采用提高漫反射信号强度方式来达到反隐形的雷达,是不可能从根本上实现反隐形的。提出了一种新的雷达反隐身技术,利用直边衍射来测量跟踪隐形飞行物体。利用直边衍射现象,当激光对隐形飞行物扫描时,不但可以模拟出隐形飞行物体所在的位置及飞行速度,还可以得到其大小和形状,能够对隐形飞行物体实现全场跟踪测量。利用直边衍射原理制作的雷达还具备数据加密功能。
衍射 直边衍射 激光 反隐形 雷达 全场跟踪
1 三明学院物理与机电工程系，福建 三明 365004
2 华侨大学光学与光子学研究所，福建 泉州 362021
从部分相干光束的传输定律出发，得到了部分相干光束刀边衍射时的远场光谱的表达式。根据该表达式对衍射场中的光谱进行了理论研究。研究的结果表明：衍射场中的光谱将随着观察点位置而改变，并且对于固定观察点，其光谱将随着相对空间相干度以及光束透过率的变化而变化。
物理光学 部分相干光束 刀边衍射 光谱变化 physical optics partially coherent light beam knife-edge diffraction spectral change
