光子筛典型成像特性表征研究

发布时间：2017-08-12 21:18

  本文关键词：光子筛典型成像特性表征研究

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【摘要】：光子筛是一种新型的衍射光学成像器件,是用微纳透光小孔取代菲涅尔波带片的环带结构而产生的。光子筛具有许多成像及结构优势:能够有效地抑制波带片成像时产生的高阶衍射和旁瓣效应,提高成像对比度;可提高成像分辨率,且分辨率不受最小特征尺寸的影响;体积小、重量轻且不需要额外的支撑结构,可独立做成衍射薄膜器件。光子筛也存在一些成像方面的缺陷:1)光子筛对入射波长具有严格的依赖性,在成像过程中色差现象明显;2)光子筛的通光面积大幅度减小,衍射效率也随之降低。本文将从色差特性、衍射效率、成像对比度等方面研究光子筛成像特性,同时分析光子筛结构参数对成像质量的影响,为光子筛的设计及应用提供有效的参考。主要研究内容可以概括为以下几点:1.光子筛理论研究。从标量衍射理论和矢量衍射理论两方面描述了光波在空间的传播过程;研究菲涅尔波带片和光子筛的聚焦成像过程;分析光子筛的聚焦成像特性;给出确定光子筛微孔位置和尺寸的方法。2.光子筛色差特性分析。针对光子筛色差特性明显且只能在较窄光谱范围成像的问题,本文结合折射透镜研究了折衍射混合消色差系统,从而增加了光子筛的成像光谱范围。同时本文从理论和仿真两方面分析了折衍射混合消色差系统的成像过程,验证了折衍射混合消色差系统的正确性及可行性,证明该系统可在一定程度上抑制成像过程的色差现象,增加光子筛的应用范围。3.复合光子筛成像特性研究。针对光子筛衍射效率低的问题,本文从增加光子筛通光面积的角度研究了一种新型的复合型光子筛结构。复合型光子筛是用透光环带取代光子筛部分内层微孔而产生的新型结构。与普通光子筛相比,该复合型光子筛不仅提高了衍射效率,同时提高了成像对比度,并增加了焦深。同时研究了复合型光子筛参数变化对其成像质量的影响,具体参数包括:微孔孔径、金属层厚度、微孔密度等。4.针对光子筛望远镜成像系统衍射效率低的问题,本文用复合型光子筛代替光子筛望远镜系统中的物镜光子筛,从而进一步提高空间望远镜系统的成像质量。
【关键词】：光子筛 色差特性 衍射效率 成像对比度 旁瓣效应
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 研究背景及意义16-17
• 1.2 国内外发展现状17-21
• 1.3 本文工作及章节安排21-22
• 第二章 光子筛的理论分析22-44
• 2.1 光子筛典型类型22-26
• 2.1.1 光子筛成像对比度22-23
• 2.1.2 多光谱光子筛23-24
• 2.1.3 高数值孔径光子筛24-26
• 2.2 标量衍射理论26-30
• 2.3 矢量衍射理论30-35
• 2.3.1 Yee元胞30-31
• 2.3.2 FDTD的直角坐标系表示31-33
• 2.3.3 FDTD的收敛性及稳定性33-34
• 2.3.4 FDTD的吸收边界条件34-35
• 2.4 菲涅尔波带片理论模型35-38
• 2.4.1 菲涅尔波带片结构35
• 2.4.2 菲涅尔波带片理论35-38
• 2.5 光子筛理论模型38-43
• 2.5.1 光子筛结构38-39
• 2.5.2 光子筛理论39-43
• 2.6 本章小结43-44
• 第三章 光子筛色差特性研究44-52
• 3.1 像差的分类44-45
• 3.1.1 球差44
• 3.1.2 彗差44-45
• 3.1.3 像散45
• 3.1.4 场曲45
• 3.1.5 畸变45
• 3.1.6 色差45
• 3.2 光子筛色差特性研究45-50
• 3.2.1 消色差系统理论46-47
• 3.2.2 消色差系统成像特性47-48
• 3.2.3 消色差成像系统实例48-50
• 3.3 本章小结50-52
• 第四章 复合型光子筛成像特性研究及应用52-70
• 4.1 复合型光子筛成像仿真52-59
• 4.1.1 复合型光子筛结构设计52-55
• 4.1.2 复合型光子筛衍射效率55-56
• 4.1.3 复合型光子筛成像对比度56-58
• 4.1.4 复合型光子筛焦深（DOF）58-59
• 4.2 复合型光子筛参数对成像质量的影响59-64
• 4.2.1 复合型光子筛成像质量与孔径的关系59-61
• 4.2.2 复合型光子筛成像质量与金属层厚度的关系61-62
• 4.2.3 复合型光子筛成像质量与微孔密度的关系62-64
• 4.3 复合型光子筛轴外点聚焦成像特性64-65
• 4.4 复合型光子筛在空间望远镜系统中的应用设想65-68
• 4.5 本章小结68-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 5.1 研究结论70-71
• 5.2 研究展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 作者简介78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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2 刘民哲;刘华;许文斌;王泰升;卢振武;鱼卫星;;用于空间望远镜的膜光子筛[J];光学精密工程;2014年08期

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本文编号：663672