超分辨效应和二次光栅波前测量技术
文献类型：学位论文
| 作者 | 周素梅 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 周常河 |
| 关键词 | 衍射光学元件 超分辨 波前测量 离轴二次光栅 |
| 中文摘要 | 本论文主要包括超分辨技术和波前测量技术两方面的工作。超分辨技术可以用于实现超越由于衍射引起的光学系统的衍射极限，得到比经典衍射极限下的爱里斑更小的光斑图样，在许多领域有着广泛的应用前景，如光存储、光学平版印刷术和共焦扫描显微系统等。而且，光学超分辨技术使得获取所需的任意光斑大小成为可能，方法是通过改变光瞳元件的振幅分布、相位分布，或者振幅相位分布同时改变。也即是说，为满足要求，可以设计出不同的光瞳元件来实现。其中，纯相位元件由于其具有高的衍射效率而倍受青睐。众所周知，许多激光束的强度分布通常是遵循高斯分布的，但在许多领域，这种分布的激光束显然不能满足需要，因此需要对它进行整形。在本论文中，作者提出了一种新型的纯相位超分辨衍射元件，它可以用于实现这两项功能，称为离散连续混合型衍射元件，它是连续型衍射元件与台阶型衍射元件的组合。与其它类型相比它具有更多的设计参数，所以它可以实现更好的超分辨效应，而且还可以实现光束的整形。同时提出了一种实用的超分辨效应，即在连续光波前照明下的离散衍射元件的超分辨效应，它可以利用本文中的新型元件解释，而以往超分辨方法从未实现对这种效应的分析。也即是说，新型元件在理论上为分析这种效应提供了强有力的工具。因此，对离散连续混合型衍射元件的研究具有非常重要的理论意义和实用意义。 目前，成熟的波前传感技术种类很多，测量方法分为直接测量法和间接测量法以及基于强度的波前传感技术。比如直接测量法包括有径向剪切干涉法和点衍射干涉法，间接测量法包括有刀口法，横向剪切干涉法，哈特曼传感技术(夏克-哈特曼传感器，扫描哈特曼传感器)；以及基于强度的波前传感技术，它是通过测量光强分布来重构出波前的方法，代表为曲率传感器。其中最常用的夏克-哈特曼传感器测量精度高，但空间分辨率低；干涉法中，直接从干涉图中提取物光束的相位信息，测量精度高，但装置庞大。因此迫切需要发展一种装置简单、成本较低的、测量精度以及空间分辨率高的波前传感技术。以离轴二次光栅为核心的相位复原波前传感器可以实现高的空间分辨率和高的相位测量精度。本论文中，我们描述了一种利用特殊离轴二次光栅的激光波前测量技术。光栅的傅里叶变换表示利用它可以使多平面的物成像在强度探测器同一像平面上，因此该光栅可以用于激光波前实时测量中。在本论文中，我们在理论上分析了离轴二次光栅在对会聚光束的波前测量中各物平面的距离关系，实验上，我们制作出振幅型和相位型二次光栅，并利用振幅型光栅对会聚光束的波前进行了测量，结果与理论值基本相符。该方法可以实现波前的实时、高空间分辨率、高精度的测量，装置成本低，结构简单。由于大能量激光器的光束不稳定，因此可以将此方法用于大能量激光器光束质量的实时诊断中。 总的说来，我们主要完成了以下二项工作： 1. 我们首次提出了一种新型的相位型超分辨衍射元件——离散连续混合型纯相位衍射元件。该元件是连续型衍射元件与台阶型衍射元件的组合，因此既不同于连续型衍射元件也不同于以往传统的台阶型衍射元件。利用这种衍射元件可以得到比连续型衍射元件和台阶型衍射元件更好的超分辨性能。更重要的是还可以得到台阶型衍射元件在连续光波前照明下的超分辨效应，这是以前任何一种超分辨方法无法实现的。另外还研究了离散连续混合型纯相位衍射元件在光束整形中的应用，结果显示，利用该元件作相位调制器，可以实现高斯光束的波前平顶化。因此该元件为光束整形提供一种新的工具。而且，与二区相位型衍射元件相比，结果表明该元件可以使光束更平缓，平顶的范围更宽。 2. 设计了离轴二次光栅和研究了利用强度的梯度变化来复原波前相位的具体算法原理。该离轴二次光栅对非零级衍射光束有聚焦效应，其光栅线为圆弧型而非直线。完成了基于强度复原波前相位算法的程序，如果格林矩阵预先计算好，则可实现快速波前测量。制作出振幅型和相位型离轴二次光栅，并将振幅型二次光栅用于会聚波前的实时测量，实验结果与理论计算值相符。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/15595]  |
| 专题 | 上海光学精密机械研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 周素梅. 超分辨效应和二次光栅波前测量技术[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：上海光学精密机械研究所
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