李惟帆 1,2,3祁峰 1,2,3,*汪业龙 1,2,3刘鹏翔 1,2,3刘朝阳 1,2,3
1 中国科学院光电信息处理重点实验室，辽宁 沈阳 110169
2 辽宁省太赫兹成像感知重点实验室，辽宁 沈阳 110169
3 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110169
研究了利用大孔径折射透镜对太赫兹波进行聚焦时产生的焦移效应。焦移效应所引起的焦点位置偏差会对太赫兹系统的成像或测量质量产生不利影响。通过理论计算和有限元分析仿真，研究并讨论了与透镜孔径、焦距和工作频率有关的焦移参考值。当使用商用透镜时，实际焦点位置需要通过焦移效应来确定，以保证太赫兹系统的工作效率。对于定制透镜的设计，焦移需要根据工作频率，在焦距的设计中进行补偿。这两个途径可以保障太赫兹系统的良好性能。
太赫兹透镜 焦移 有限元分析 非球面镜 terahertz lens focal shift finite element analysis aspherics
长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
在大功率的光学切割系统中，激光经过光学系统聚焦会产生热量，造成光学系统元件发生热形变和折射率的改变，从而导致镜片焦距发生改变，影响加工效果。利用COMSOL软件对光学系统进行多物理场模型建模，仿真得到连续激光和准连续激光作用下的镜面形变量和折射率改变情况，将镜片受热后数据导入ZEMAX中进行光束追迹，仿真计算出光学系统焦点的轴向偏移量。功率越大，焦点偏移量越大；脉宽越大，焦点偏移量越小；重复频率越高，焦点偏离量越小。最后通过引入对流系数对焦点偏移进行补偿，同时改变对流系数可以控制焦点的位置。该研究解决了大功率激光加工过程中的轴向焦点偏移量测量难的问题，为大功率激光切割设备的焦点控制提供理论依据。
激光光学 大功率激光 焦点位移 COMSOL 光束追迹 焦移补偿 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1114011
Author Affiliations
Abstract
1 Hefei Innovation Research Institute, School of Microelectronics, Beihang University, Hefei 230013, China
2 Fert Beijing Institute, BDBC, Beihang University, Beijing 100191, China
3 Advanced Photonics Center, Southeast University, Nanjing 210096, China
4 Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
All-optical magnetization switching with features of low-power consumption and high writing speed is a promising road map to satisfy the demand for volume data storage. To promote denser and faster magnetic recording technologies, herein, all-optical helicity-dependent switching (AO-HDS) in multi-layer magnetic recording is proposed based on the chromatic aberration of an optical lens (Thorlabs’s N-BK7 plano-convex uncoated lens). The power of the incident beams and the thickness of the multi-layer magnetic recording film are designed carefully. Besides, the uniformity of this multi-layer magnetic recording is optimized. At last, a prototype system of information multiplexing based on this multi-layer magnetic recording technology is constructed as well. Flexible and controllable magnetization reversals in different layers are also demonstrated by tuning the wavelength and helicity of working beams. We believe that such a prototype system can pave the way for increasing the storage density in an effective and low-cost mode.
all-optical magnetization switching multi-level magnetic recording focal shift chromatic aberration Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 102501
长沙理工大学 物理与电子科学学院,长沙 410114
为了了解带宽对厄米-高斯光束的聚焦特性和焦移的影响,采用衍射积分推导了TEM11模和TEM22模厄米-高斯光束通过受光阑限制色散透镜的传输公式,并利用数值计算对聚焦光强分布进行了研究,分析了带宽对两种模式焦移的影响。结果表明,TEM11模和TEM22模厄米-高斯光束的焦移量都会随带宽增大而增大,但两者的大小依赖相对带宽；当相对带宽小于 0.25时,TEM22模焦移量大于TEM11模焦移量,然而相对带宽大于 0.25时,后者会稍大于前者；带宽变化使TEM22模轴上光强主极大和次极大发生消长,从而引起轴上光强极大位置发生跃变。该研究结果对宽带厄米-高斯光束的应用具有一定的参考价值。
激光物理 焦移 色散透镜 带宽 laser physics focal shift dispersion lens bandwidth
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
提出一种非轴向扫描的细胞显微深度成像技术, 在显微系统中加入菲涅耳透镜, 利用菲涅耳透镜的色散将不同激发光波长聚焦到不同的轴向位置, 以实现对两个或多个焦平面同时成像.基于405 nm和532 nm两种激发光波长, 在传统的荧光显微镜的激发路径中加入对应的两个成像探测器来探测两个不同焦平面所对应像面的成像信息, 搭建得到一个能够实现探测深度约为12 μm的基于菲涅耳透镜的荧光显微深度成像系统, 并与基于显微物镜色差无菲涅耳透镜的荧光显微深度成像系统的成像深度和轴向分辨率进行实验对比.实验结果表明: 加入菲涅耳透镜能够实现系统对不同焦面的同时成像; 对于同一荧光波段, 保证系统横向分辨率的同时, 扩大了成像景深.该系统可以实现荧光生物细胞内部不同深度处的多波段同时探测.
显微系统 荧光显微成像 菲涅耳透镜 荧光细胞 焦距偏移 深度成像 轴向分辨率 Microscopy system Fluorescent microscopic imaging Fresnel lens Fluorescent cell Focal shift Depth imaging Axial resolution
1 厦门大学 电子工程系 微纳光电子研究室, 福建 厦门 361005
2 洛阳光电技术研究中心, 河南 洛阳 471009
采用严格数值算法对中红外硅微透镜阵列进行了模拟, 该微透镜阵列特征尺寸小于波长工作波长.研究发现该微透镜阵列存在一个显著的离焦效应, 其离焦量达到0.4左右, 超出了现有的传统理论模型预测范围.对微透镜阵列进行了制作和焦距测试, 发现测试结果跟数值模拟基本吻合.微纳衍射光学集成系统中透镜离焦量是系统集成非常重要的一个参数, 该研究结果为硅微透镜阵列和中红外探测器光学集成提供有效参考.
亚波长结构 红外探测器 离焦 微透镜阵列 sub-wavelength structure FDTD FDTD infrared detector focal shift microlens array
脉冲功率激光技术国家重点实验室(电子工程学院)，安徽 合肥 230037
光电成像装备的猫眼效应使其易遭受激光主动侦察装备的探测，在光电装备成像质量变化允许的范围内，采用离焦的方式来减小猫眼目标的回波功率，可实现相应的隐身。在研究离焦对光电成像设备激光回波强度影响的基础上，利用实验的方法对猫眼目标隐身后的成像质量进行验证和评价,并对离焦后的图像进行清晰度增强。结果表明，通过离焦的方式可有效增大猫眼目标回波发散角，降低回波功率，并且离焦量越大，猫眼效应越弱。对离焦光电设备所采集的图像进行分析后发现，离焦量越大，图像高频分量越少，但是适当的离焦量所造成的成像质量下降在可接受范围内，并且通过采取相应的修复措施，光电成像设备的图像质量得到有效改善。
猫眼效应 回波功率 离焦量 目标隐身 图像恢复 Cat-eye effect retroreflected power focal shift target stealth image restoration
为研究平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统的传输特性, 基于光学矩阵的方法和Collins公式导出了平顶高斯光束通过该复杂光学系统后的场分布的解析表达式和近轴光强分布值, 进而分析了平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统后的传输特性。研究结果表明, 平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统后, 实际焦点位置和几何焦点位置并不重合, 即发生焦移现象。焦移量的大小与高斯光阑宽度及光阑与透镜间的距离等因素有关, 即在一定条件下, 光阑宽度增大, 相对焦移量变小, 光阑与透镜之间的距离与焦距的比越小, 相对焦移量就越小。
平顶高斯光束 光阑透镜系统 焦移 flattened Gaussian beams aperture-lens system focal shift
中国石油大学(华东)理学院， 山东 青岛 266580
研究了基于双折射晶体的非“三明治”结构的分区光瞳滤波器在低数值孔径聚焦系统中的光学特性。以内区为玻璃和外区为双折射晶体的两区光瞳滤波器为例，给出了此类光瞳滤波器光瞳函数的精确表达式。结合标量衍射理论，数值模拟了其光学特性。结果表明，通过旋转光瞳滤波器可以实现系统焦平面上横向光学超分辨的连续调节，同时可以扩展焦深。这种滤波器较现有的基于双折射晶体的光瞳滤波器具有更高的光能利用率，并且其可调性更方便于实际应用。
物理光学 可调光瞳滤波器 双折射晶体 横向超分辨 焦移 中国激光
2012, 39(10): 1016002
利用衍射积分公式数值模拟了不同阶次的空间变化偏振矢量贝塞尔高斯(BG)光束经过强聚焦系统后在焦点附近的强度分布。数值结果显示空间变化偏振矢量BG光束聚焦后在光束传播轴负方向存在焦斑移位现象，其焦斑移位的大小与光束的模阶次、光束宽度、波长以及局部偏振状态密切相关。矢量光束偏振态的变化依靠液晶相位延迟器(LCVR)的相位延迟角度来控制，由于LCVR的相位延迟角度可以在0~π之间连续变化，从而改变光束的局部偏振状态，间接实现了对矢量光束焦斑移位大小的实时控制，在光学微操纵领域具有潜在的应用价值。
物理光学 焦斑移位 强聚焦 偏振 衍射
