摘要：传统的标量光场其偏振态空间均匀分布,而矢量光场相较于标量光场其偏振态是空间变化的。这个空域变化的偏振特性使得矢量光场具有更大的调控自由度,在焦场设计、光学微操纵、微加工、以及量子信息领域有着潜在的应用。本文基于Richards-Wolf矢量衍射理论,研究了可变光阑以及透镜数值孔径对双环角向偏振光束聚焦特性的影响。结果表明,通过改变光阑大小以及透镜数值孔径,不仅可以改变焦斑光强、焦斑大小,也可以显著改变焦场暗通道的长度,从而生成较长的暗通道。生成的可变焦场暗通道未来可用于光学微操纵以及微加工的应用中。

摘要：为了扩大光学系统的焦深,建立了采用波前编码技术的光学/数字一体化系统,通过在普通光学系统孔径光阑处加入一个位相掩模板和后期数字处理的优化结合,实现了光学系统焦深的大幅扩展。介绍了波前编码技术的提出、发展及理论基础,设计了一个三片式的三次位相板系统,利用光学设计软件CODEV对传统系统和波前编码系统的成像特性进行了对比分析,给出了±40倍离焦范围内的点扩散函数三维轮廓图和调制传递函数曲线。最后,对研制的系统进行成像实验,并对波前编码系统解码前后的成像效果与传统系统进行了比较。实验结果表明,与传统系统相比,所设计的波前编码系统可以在保持光通量和像面分辨率的情况下将焦深扩展40倍。

摘要：当衍射光学元件的特征尺寸可以与照射光波长比拟时 ,必须考虑光波矢量衍射特性。利用矢量分析方法———二维时域有限差分法 (FDTD)对有限口径衍射微柱透镜的焦深和焦移特性进行严格矢量分析 ,与传统标量分析方法的结果进行了详细比较。分析给出TE波垂直入射情况下衍射微柱透镜焦深和焦移与透镜F数的关系 ,结果表明 ,微柱透镜的焦移量要大于标量分析结果 ,而二者得出的焦深量基本一致 ,这些结论对衍射微透镜的设计和实际应用有一定指导意义。同时分析了透镜面型量化对焦深和焦移的影响 ,讨论了矢量分析方法的数值色散。

摘要：通过傅里叶光学理论和透镜成像理论对轴棱锥线聚焦与凸透镜点聚焦两种成像系统进行分析,并探讨了它们对成像系统焦深的影响。利用ZEMAX光学设计软件,仿真模拟出系统在不同轴向距离的截面光强分布图。以蓝光LED为光源,对这两种成像系统进行实验验证,拍摄不同轴向距离处的截面光强分布图。结果表明,轴棱锥所具有的线聚焦特性,能将光线连续地会聚到沿轴线不同位置上,图像的清晰度高,且在最大无衍射距离内无需调焦,具有更大的焦深;理论分析、仿真模拟与实验结果相吻合。

摘要：为了提高近场固体浸没透镜光存储系统的焦深,设计了三区三元相位滤波器。设计建立在矢量衍射理论基础上,应用MATLAB优化工具箱优化设计出可以获得最大焦深的滤波器结构参数。在设计过程中,我们限定记录光斑的大小与没有滤波器时的光斑大小相等,而光斑的强度减小一半,所设计的滤波器可以使近场固体浸没透镜光存储系统的焦深提高1.6倍。同时,也与三区二元相位滤波器进行比较,在光斑大小和光斑强度相同的条件下,焦深也有所增加。这说明在近场固体浸没透镜光存储系统中三区三元相位滤波器具有比三区二元相位滤波器更优越的特性。

摘要：运用Zemax光学设计软件构建Liou-Brennan眼模型,设计了增大焦深的非球面、折射型多焦点和衍射型多焦点人工晶体,并用点列图和视锐度分析了所设计的人工晶体的光学质量。对于非球面人工晶体,在3 mm瞳孔下,当人眼无球差时,最佳视锐度相当高,但焦深仅为1.4 m-1;当人眼球差为0.4λ时,最佳视锐度可达0.9,焦深达2.2 m-1,同时在整个焦深范围内视觉质量均优越。对于衍射型和折射型多焦点人工晶体,在明视条件下,虽然视远和视近时视觉质量良好,但是中间距离的视锐度<0.5。衍射型多焦点人工晶体只有81%的光能用于成像,远近焦点能量均分,且与瞳孔大小无关;折射型多焦点人工晶体的远近焦点能量与瞳孔大小相关。设计的人工晶体均能增大人眼的焦深,但各有优缺点,临床上应该酌情选用。

摘要：背景 复曲面人工晶状体（IOL）虽然能有效矫正角膜散光,提高患者的视觉质量,但由于其光学结构复杂,故许多条件下其光学质量与球面IOL存在差异.目的 评价和比较复曲面IOL、球面IOL和非球面IOL在复色光环境下的焦深变化.方法用Zemax光学设计软件建立Hwey-Lan Liou模型眼,采用光线追迹法进行计算,评价并比较Tecnis ZA9003 IOL、SN60AT IOL、Arcysof Toric IOL在复色光条件下和在不同瞳孔直径条件下的焦深变化,并绘制离焦曲线.结果 瞳孔直径为3 mm时,球面和复曲面IOL在离焦=0的情况下均有较好的调制传递函数（MTF）,上述3种IOL的焦深范围非常接近,正负方向的离焦曲线对称.瞳孔直径为5 mm时,球面和复曲面IOL的MTF明显较瞳孔直径为3 mm时降低,离焦MTF曲线向负离焦方向偏移,焦深较瞳孔直径3 mm时减小.非球面IOL的离焦MTF稳定,不随瞳孔直径的增大而发生明显变化,但焦深明显减小.结论 复曲面IOL有与球面IOL相近的焦深变化规律,焦深随着瞳孔直径的增大而减小,对负离焦耐受较好.

摘要：为了提高近场固体浸没透镜(SIL)光存储系统的焦深,设计了五区振幅-相位杂化的滤波器。设计建立在矢量衍射理论基础上,应用MATLAB优化工具箱优化设计出可以获得最大焦深的滤波器结构参数。设计过程中,限定记录光斑的大小与没有滤波器时的光斑大小相等,而光斑的强度减小一半。所设计的滤波器可以使近场固体浸没透镜光存储系统的焦深提高1.6倍,同时记录光斑的大小随着轴向距离扩展的速度变缓。

摘要：如何增大非相干光学系统的焦深已成为一项有意义的研究主题 .对于普通光学系统 ,其焦深与光学系统的相对孔径平方成反比 .为了增大焦深 ,通常的做法是缩小相对孔径 ,但这种做法有其缺点 :会降低光学系统的光通量及调制传递函数 (MTF)和分辨率 .本文提出了一种新方法 ,通过在光学系统光路中加入一特殊设计的非球面掩模板 ,并用图象处理技术对相位掩模板编码后的图象进行解码得到清晰图象 .保证了光学系统在维持原有相对孔径的同时扩大其焦深范围 。

摘要：基于自行设计搭建的远程激光诱导击穿光谱(LIBS)系统,完成了远程LIBS的聚焦特性分析,并对远程LIBS技术应用于镍基高温合金成分分析的实验方法进行了研究。该LIBS系统具备激光发射光路和信号采集光路同轴且独立变焦的特点,通过自动聚焦,可实现1~10 m的远程分析。研究表明:受激光聚焦焦深的影响,等离子体光信号可探测范围随系统工作距离的增大而增大,即系统对聚焦精确度的要求降低;同时,烧蚀斑点尺寸增大导致的功率密度减小及信号采集立体角的减小,会使得谱线强度随工作距离的增大成四次方反比关系衰减。分别使用无内标的标准曲线法和有内标的标准曲线法建立了GH4169镍基高温合金中Ni,Cr,Nb,Mo,Ti和Al六种元素的标准曲线,有内标的标准曲线的拟合优度R^(2)(0.9997,0.9994,0.9987,0.9991,0.9981和0.9997)明显优于无内标的标准曲线(0.9532,0.8766,0.8974,0.9145,0.9384和0.9916)。对比了LIBS和X射线荧光光谱(XRF)两种分析技术,对于常量元素Ni,Cr,Nb和Mo,两种方法的相对标准偏差分别在1.74%~3.90%以及0.10%~0.52%,相对误差分别在0.21%~0.92%以及0.64%~2.25%;对于微量元素Ti和Al,两种方法的相对标准偏差分别为5.58%,4.15%以及2.39%,5.64%,相对误差分别为2.75%,2.93%以及4.68%,2.39%。由于激光诱导等离子体的不稳定性、烧蚀样品量少的特点,远程LIBS方法的精密度稍逊于XRF方法,但LIBS方法通过重复多次测量,可以有效减小测量误差,表明LIBS技术应用于镍基高温合金的远程在线分析具有一定的可行性。