摘要：超透镜除了可以实现传统透镜的聚焦和成像功能之外,还可通过对超构单元的设计实现对光场偏振、波长和振幅等的多维度操控,由于体积薄、重量轻、成本低、易集成,其在光电子器件领域中开始崭露头角,已经成为当前的研究热点和重要方向。本文采用时域有限差分算法(Finite‐difference time‐domain,FDTD)设计并优化了基于InGaAs雪崩探测器原位集成的超透镜,同时估算了超透镜的聚焦效率和透射率。仿真结果表明,超透镜将入射光会聚至探测器的光敏区中,透射率达到82.8%,并且在目标焦距150μm、超透镜半径50μm时聚焦效率达到84.89%。为进一步提高透射率,在超透镜表面增加抗反射层(AR Layer)。结果表明,300 nm的SiO_(2)层透射率达到最大值86.6%,250 nm的SiN层透射率达到最大值87.6%,透射率比未增加AR层时分别增加了3.8%和4.8%。最后计算得出集成超透镜的探测器吸收区光场能量比未集成超透镜的探测器吸收区光场能量提升了250.96倍,将极大提升探测器的响应度。本文提出了单片集成超透镜的雪崩探测器设计方案,将雪崩探测器光敏区之外的入射光会聚至光敏区,在不损失带宽前提下提升探测器的量子效率,为高响应度、带宽雪崩探测器的设计提供了新思路。

摘要：超构透镜已经成为当前纳米光子领域的研究热点之一。与传统的由TiO_(2)、Si或GaN等高折射率介电质材料组成的超构透镜不一样,文章创新性的提出了一种由新型非高折射率材料光刻胶组成的Pancharatnam-Berry(PB)相位型超构透镜。通过时域有限差分数值模拟软件(FDTD Solutions)对所设计的结构进行数值模拟仿真,仿真结果表明:光刻胶超构透镜在可见光波段500~700nm的峰值聚焦效率为58%以及在近红外波段700~900nm的峰值聚焦效率为52%。结果证明了使用非高折射率材料构成的超构透镜也可以实现较好的光场聚焦性能,突破了基于高成本的电子束刻蚀方法设计和加工超构透镜的限制,为未来超构透镜的应用拓展出更广阔的发展空间。

摘要：国家同步辐射实验室(NSRL)以Wiggler为入射光源,建设了高空间分辨X射线成像光束线和实验站。根据成像系统对照明光的要求,使用旋转椭球聚焦镜聚焦入射光,结合小孔和中心阻挡器,形成锥形空心光斑照射到样品上。本文对成像系统所需的旋转椭球聚焦镜的长轴和短轴等进行了计算,并对美国Xraida公司制作的旋转椭球聚焦镜进行了检测。实验结果表明旋转椭球聚焦镜满足X射线成像的设计要求,其衍射效率大于85%。

摘要：针对X射线脉冲星导航与X射线空间通信的需求,对多层嵌套式X射线聚焦光学器件进行研制与实验标定。根据掠入射原理,对聚焦透镜进行理论设计,确定聚焦透镜的关键参数。讨论聚焦透镜的材料、镀膜等研制工艺。分别在可见光与X射线条件下测试了聚焦透镜的性能参数。结果表明测得可见光焦斑直径为14mm,X射线焦斑直径为20mm,在10m真空管道中测得光子能量为1.5keV时聚焦效率为30.2%,有效面积为2400mm2。

摘要：超透镜是超表面在成像领域中具有较大应用潜力的平面光学器件,能够精确调控光的相位、振幅、偏振等信息、兼容互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)制造工艺,在器件轻量化和批量化制造等方面具有很大的发展前景。针对近红外成像镜头的轻量化需求,使用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)软件设计仿真了工作波长为800 nm的硅基偏振不敏感超透镜,镜头厚度小于0.5 mm,数值孔径为0.41时聚集效率为75%。针对FDTD软件仿真时间较长、硬件要求较高、平面波边缘消散等问题,提出了三维和远场计算相结合的仿真方法;利用波印廷矢量和电场强度积分两种方法分别对超透镜聚集效率进行了计算。对比实验表明:三维和远程计算相结合的方法仿真时间降低了70%,计算机内存需求降低了50%。

摘要：微孔光学阵列聚焦镜头是实现X射线探测系统高探测效率、轻小型化的有效手段,近年来得到了深入研究。X射线探测系统通过测量脉冲星辐射的X射线光子的到达时间,重构脉冲轮廓来实现航天器导航。为了获得更精确的脉冲星信号,必须尽可能多地收集X射线光子,因此探测系统的聚焦性能是X射线探测系统的核心指标,也是微孔光学阵列主要的设计目标。文章根据脉冲星能谱的分布特点,分析了微孔光学阵列通道长宽比对X射线聚焦性能的影响,提出了针对不同脉冲星选取特定长宽比的方法,实现了不同的脉冲星能谱分布下最优的聚焦效率,为后续微孔光学阵列的研制和工程搭载提供了参考。基于这种方法,文章对Crab脉冲星的能谱分布进行了微孔光学阵列设计,设计结果显示,其聚焦性能得到明显提高。

摘要：根据红外成像制导系统的轻量化、小型化、低成本发展需求,针对制导系统中的光学镜头进行轻量化设计。通过分析超透镜的波前调控原理和加工工艺,利用传输相位调控原理设计了基于硅和氟化钡材料的中红外波长超透镜,工作波长3μm,镜头厚度小于1mm,口径50mm时质量小于10g,热膨胀系数较低,环境适应性好。利用时域有限差分(FDTD)法对超透镜进行了仿真,通过设置对称边界条件缩短了仿真时间。仿真结果表明,当超透镜数值孔径为0.45时,聚焦效率为85%,焦斑半高宽为3.4μm。

摘要：红宝石脉冲激光微光束仪用于生物活细胞的微照射和解剖.本文详细分析和讨论了仪器总体设计的特点.论述激光微光束的理论计算.为了获得小的聚焦光斑直径和高的聚焦效率,较佳的折衷方案是选择低倍的显微镜目镜和高倍大数值孔径的显微镜物镜.而且,为了获得小的聚焦光斑尺寸,物镜必须严格校正球差,并且激光器应是基模运转的.文中还详细讨论了减少激光束通过显微镜光能量损失的方法,以提高聚焦系统的效率.

摘要：HIFU经颅治疗过程中,由于颅骨的强衰减性和非均质性使聚焦性能下降、焦域内能量不足,最终导致HIFU经颅聚焦所形成焦域处的温度较低而达不到治疗目的。近些年提出的多频超声激励可在输入功率及辐照时间一定的条件下提高焦域温度。本文以82阵元随机分布相控换能器为例研究多频分区激励中频率分区数目及不同分区之间的频率差对HIFU焦域的影响,筛选可提高聚焦效率的阵元分区方法和对应的最佳工作频率组合,实现不同区域阵元采用不同工作频率的相控换能器的设计。