径向偏振光三维超分辨衍射光学元件设计

针对径向偏振光入射, 设计了三维超分辨衍射光学元件。对径向偏振光大数值孔径聚焦特性的分析表明, 纵向分量是影响聚焦主瓣的三维光强分布的主要因素。仅考虑径向偏振光聚焦场的纵向分量, 沿用线偏振光入射时三维超分辨衍射光学元件的全局优化方法, 利用线性规划设计了三维超分辨的0, π结构的纯相位元件。考虑径向偏振光聚焦场的径向和纵向分量, 计算了三维超分辨性能。与线偏振光的性能对比表明, 尽管仅考虑聚焦场纵向分量设计的衍射光学元件不是全局最优解, 但其三维超分辨性能明显优于线偏振光, 证明了仅考虑径向偏振光聚焦场的纵向分量进行三维超分辨衍射光学元件优化的有效性。

利用衍射光学元件调制轴对称偏振光提高荧光显微镜纵向分辨率

利用荧光蛋白激活状态的可逆特性，提出了一种提高荧光显微镜纵向分辨率的方法。针对不同数值孔径的显微系统，通过合理选择带涡旋相位的轴对称偏振光作为激活光和退活光，并设计衍射光学元件对其进行调制，从而实现百纳米级的纵向选择激活。而且，通过调节激活光和退活光的光强比率R，可以控制荧光蛋白最大激活概率满足单分子荧光显微技术的需求，同时进一步降低纵向选择激活层半峰全宽(FWHM)至25.7 nm，并且约90%的激活荧光蛋白位于30 nm厚的激活层中(R=500)。

偏振直写衍射相位元件的原理分析

提出了利用偶氮材料的光化学特性制作衍射相位元件的方法。区别于一般的激光直写方法,利用偏振光在偶氮苯聚合物薄膜的表面逐点曝光,结合对光功率密度、曝光时间和光偏振方向的组合控制,以实现每个点的相位延迟量的控制。基于此设想,制作了一系列的相位光栅。利用偏光显微镜和扫描近场光学显微镜(SNOM)观察了光栅的表面形貌,并对实验结果做了定性分析。与相位全息干涉的方法相比,采用的逐点曝光的方法更加灵活,对实验环境的要求不高,有广阔的应用前景。

matlab 光学衍射模拟

光学的菲涅耳衍射模拟，基于傅里叶变换算法

大数值孔径物镜下角向偏振光聚焦特性研究

为了研究大数值孔径物镜下角向偏振光聚焦特性，提高激光扫描共聚焦显微镜的分辨率，根据Richards和Wolf矢量衍射理论建立计算模型，分析大数值孔径物镜下角向偏振光及经过0~2 π 相位调制的角向偏振光的聚焦光斑。经过0~2 π 相位调制的角向偏振光的聚焦光斑为实心光斑；该光斑的半峰全宽比径向偏振光光斑的半峰全宽小17.6%，比圆偏振光光斑的半峰全宽小11.6%。计算结果表明，经过0~2 π 相位调制的角向偏振光光斑作为激光扫描共聚焦显微镜的激发光，可以提高其分辨率。

衍射光学元件的制作方法

很强，一种简单的DOE设计方法，只要简单的运算，不要复杂的模拟仿真

紫外光固化有机-无机纳米复合材料成型衍射光学元件制造技术

针对衍射光学元件制造中材料选择的局限以及遮挡效应,采用了紫外光固化有机-无机纳米复合材料快速成型技术制造衍射光学元件,获得高折射率、高色散的衍射光学元件。通过有机-无机纳米复合材料制备实验获得了一种适合制造衍射光学元件的复合材料配方,配方各成分包括质量分数为57.97%的2官脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(2PUA)、质量分数为38.64%的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、质量分数为1.45%的光引发剂184(Irgacure 184)、质量分数为1.93%的分散剂163(disperbyk 163)和质量分数可控的纳米粒子ITO。使用该方法制备了紫外光固化衍射光学元件,并使用台阶仪测量得到衍射光学元件模芯表面的平均微结构高度为13.26 μm,光固化衍射光学元件表面的平均微结构高度为12.58 μm,使用光固化衍射光学元件与模芯微结构的相对误差为5.141%。紫外光固化有机-无机纳米复合材料的衍射光学元件制造技术突破了材料选择局限,减小了遮挡误差,对宽波段的折衍射混合光学系统的快速成型具有重要意义。

任意的衍射DOE的设计

用于模拟二元光学元件的设计，运用的GS迭代的算法，

偏心误差对长波红外波段多层衍射光学元件衍射效率的影响

基于衍射光学元件的相位延迟和衍射效率表达式，推导出了含有偏心误差的多层衍射光学元件衍射效率表达式。建立了含有偏心误差的多层衍射光学元件衍射效率的数学模型，分析了偏心误差对多层衍射光学元件衍射效率及多色光积分衍射效率的影响。以在8~12 μm 波段内的硫化锌(ZnS)和锗(Ge)为基底材料构成的多层衍射光学元件为例，其设计波长对为8.79 μm、11.11 μm，构成多层衍射光学元件的两层谐衍射元件微结构高度为78.3391 μm 、34.6076 μm，当多层衍射光学元件的环带宽度分别为500 μm 和1000 μm 时，其衍射效率达到95%以上时，偏心误差须分别控制在5.8 μm 和11.17 μm 以内。该含有偏心误差的多层衍射光学元件的衍射效率分析模型对于多层衍射光学元件的设计与加工具有重要意义。

一种用于减少相位突变点的衍射光学元件改进设计方法

提出了一种基于数字图像处理技术的用于降低相位突变点的改进型Gerchbery-Saxton(G-S)衍射光学元件设计方法。与普通的G-S衍射光学元件设计算法相比，这种改进型的G-S算法能够使得衍射光学元件的相位分布曲线更加光滑，并且在迭代计算过程中具有更强的收敛能力。利用该种算法获得了由高斯光束变换成空心光束时所需要的衍射光学元件的相位分布，在同样参数条件下，均方根误差为8.31%，优于普通G-S算法的9.46%；并且约有33.2%的像素的相位值得到了改进，从而平滑了衍射光学元件的相位分布曲线，便于实际的微加工。

斜入射下双波段双层衍射光学元件优化设计与分析

基于斜入射衍射光学元件的正常工作模式，建立了斜入射下入射角度和入射波长对双波段双层衍射光学元件衍射效率影响的数学模型，给出了对应双层衍射光学元件的优化设计方法。通过在入射角度范围内优化设计波长对，计算双层衍射光学元件微结构高度，确保了斜入射时双层衍射光学元件仍具有高衍射效率，弥补了双层衍射光学元件的缺陷。该方法能够指导双波段折衍混合成像系统的设计，也可以扩展至多波段多层衍射光学元件的设计中。依据该方法，设计了一套基于双层衍射光学元件的中/长波双波段折衍混合光学系统。结果表明，与常规设计相比，该方法的设计理论更加合理，设计结果更优。

余弦型相位光瞳滤波器缩小径向偏振光焦斑

基于矢量衍射理论，研究了连续型相位光瞳滤波器对径向偏振光束在焦点区域成像效果的影响。设计了一种余弦函数形式的连续相位型光瞳滤波器，实现了缩小径向偏振光束的横向焦斑。利用Matlab优化工具箱，以超分辨性能参数G为优化目标，以斯特雷尔比S为约束条件，对余弦函数形式的连续相位型光瞳滤波器进行优化并给出了几组优化结果。优化结果表明所设计的余弦函数形式的连续相位型光瞳滤波器在数值孔径为0.8时对于缩小径向偏振光横向焦斑有明显的效果。关于此种连续相位光瞳滤波器的计算结果，对实际中制作相位光瞳滤波器有一定参考价值。

光的多缝衍射

本资源通过c语言实现光的多缝衍射，是通过光强与相关系数之间的关系来实现的。

基于衍射重叠相位恢复术的平面偏振双折射测量

基于衍射重叠相位恢复术(PIE),提出一种新的平面偏振双折射测量方法。利用PIE测量方法,对样品在两种不同偏振状态下形成的暗场探测光复振幅进行重建,并分别从探测光相位及复振幅之比中简单准确地提取相位延迟量及方位角,实现了双折射样品的二维定量测量。采用双折射分辨率靶对所提方法进行实验验证,所得结果与分辨率靶实际分布完全相符,相位延迟量最大误差不超过23.9 nm,方位角误差为0.49°。该方法结构简单,能解决传统平面偏光仪无法实现定量双折射测量的难题,同时减少了PIE扫描的次数,缩短数据采集时间及处理流程,为大口径光学器件的双折射检测提供了一种实用方法。

基于轴棱锥的衍射光学元件设计及其光场分析

衍射光学元件具有小型化、轻量化等优点。依据传统轴棱锥的相位函数，设计了衍射轴棱锥、螺旋轴棱锥和轴棱锥阵列三种衍射光学元件的相位函数；根据角谱衍射理论，建立了平行光入射衍射光学元件的光场分析模型，数值分析了三种衍射光学元件在单色高斯激光束照射下的光场分布特性。模拟结果表明，衍射轴棱锥与传统轴棱锥相比具有相同的光束传输特性，可以在聚焦深度内产生无衍射贝塞尔光束；螺旋轴棱锥产生贝塞尔光束的阶数与拓扑电荷数相同；轴棱锥阵列可以产生无衍射贝塞尔光束阵列。所提衍射光学元件可以应用于激光加工以及成像等领域。

入射角对双层衍射光学元件衍射效率的影响

基于单层衍射二元光学元件的相位延迟表达式, 将双层衍射光学元件的衍射面用二元光学元件的台阶表面近似模拟, 推导出光束斜入射时双层衍射光学元件的衍射面产生的相位延迟, 揭示出含有斜入射角度的双层衍射光学元件衍射效率表达式。实例分析结果表明, 双层衍射光学元件衍射效率仅在一定角度范围内对入射角的变化不敏感, 当入射角度持续增大时, 衍射效率随入射角的增加快速下降。当入射角从0°增大到4.5°时, 衍射效率几乎没有下降; 当入射角从4.5°增大到6.7°时, 衍射效率开始缓慢下降到95％; 当入射角从6.7°增大到9.5°时, 衍射效率明显下降到80％; 当入射角从9.5°增大到18°时, 衍射效率快速下降到0。

任意偏振光保偏的声光衍射效率增强系统的研究

随着激光技术及量子通信技术的不断发展,声光调制器已经成为多个领域的重要器件。衍射效率和任意偏振光偏振保持能力成为声光调制器的重要指标。通过对声光调制器的衍射效率进行理论分析和实验研究,提出了提升声光衍射效率的理论方法,并设计了一种任意偏振光可偏振保持的正反馈声光调制器系统。经实验验证,该声光调制系统能显著提高声光调制器的衍射效率,且在量子通信领域中可保证任意偏振光的保偏传输。研究结果为光纤耦合声光调制器以及基于声光调制器的量子器件的研究提供了参考。

基于柯西色散公式的多层衍射光学元件的设计和分析

以衍射光学元件相位延迟表达式为理论基础，采用光学材料的折射率柯西色散近似公式，研究并得到了多层衍射光学元件的相位延迟与材料的关系，以及衍射效率与设计波长的关系。在400~700 nm可见光波段，以聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯为基底材料，由柯西色散近似公式设计的多层衍射光学元件的最大带宽积分平均衍射效率为99.62%，相应的设计波长为440.5 nm和605.5 nm。用该组设计波长和不同设计方法确定的设计波长，对多层衍射光学元件的衍射效率和带宽积分平均衍射效率进行了分析，得到了相应的衍射效率分布误差，进一步揭示了多层衍射光学元件的衍射效率与材料无关，只与设计波长有关。

衍射光学元件衍射效率的测量

根据衍射光学元件衍射效率的测量原理，建立衍射光学元件衍射效率测量的双光路装置，简要介绍了双光路测量的优点。针对衍射光学元件衍射效率的测量装置，讨论了影响衍射效率测量精度的因素，合理地选择测量装置中的针孔光阑，即可以让主衍射级次的光全部通过被探测器接收，又可以滤掉次级衍射光，保证测量结果的准确度。针对所设计研制的一个折衍射混合成像光学系统，测量了可见光波段3个激光波长的衍射效率，并对测量结果进行了模拟和分析。在473~632.8 nm波段范围内任意一个波长处，衍射效率的测量结果同理论值的偏差均小于5.0%。实验证明，双光路测量装置可以用于测量衍射光学元件的衍射效率。