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除此之外另有条形波带片

发布日期: 2019-10-04

  理学院物理学专业课程论文 操纵Matlab编程实现对菲涅尔波带片狭缝方程的可视化,为法制做振幅型波带片供给图样。成果表白:该方式生成图样时间短、效率高。最初 阐发了影响图样设想精度的要素,并得出结论:波带片焦距越短或者波带片半径 越大,精度越低;计较点数越少,精度越低。波带片的低衍射效率其正在可见光 波段的利用, 可是正在X 射线波段, 波带片是独一达到衍射极限的光学元件, 而惹起人们的极大乐趣。因而本文着沉引见了当前国际上X射线波带片的次要应 用。以及其他类型波带片正在某些范畴的使用。 环节词 菲涅尔波带片 Matlab 法 振幅型 使用 媒介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4第一章 波带片的制做„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 第一节 波带片的设想„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 第二节 波带片参数简直定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 第三节 计较机生成图样„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 第四节 验证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 第五节 会商„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 第六节 理论阐发„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 第七节 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 第二章 波带片的使用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 第一节 波带片取透镜比拟的长处„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 第二节 波带片取透镜的区别„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 第三节 波带片的错误谬误„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 第四节 波带片的使用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 第五节 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 称谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 媒介 菲涅尔波带片是一种主要的光学元件,它具雷同透镜成像的功能,别的还具 有通俗透镜无法对比的长处:焦距能够做到脚够长,简便,可折叠等,因而菲涅尔 波带片正在近程光通信、测距、红外和紫外线成像、全息术等方面获得普遍应 波带片有多种制做方式,常用的有电子曲写法,这种手艺通过正在铬版玻璃上 除去相间的波带部门的铬膜。激光全息方式,此种方式最先由哥廷根大学的 Rudolph 人提出来的,即通过度束相关光, 使两个球 面波同轴叠加构成齐心圆环的图形, 记实正在光刻胶上, 显影后构成光刻胶 波带片的浮雕图形, 以此为掩模, 操纵离子束刻蚀把图形刻到金膜上, 制成金 的振幅型菲涅耳波带片。一次性将波带片间接刻出更为细密的方式是采用同步辐 射光刻手艺 ,制做无底衬自立式波带板,其特点是采用扇形条来支持波带环,这 样的支持布局对波带片的透射函数调制的影响能够忽略,凡是采用金做为制做材 料。还有电子束碳污染法,溅射切片法等。上述几种方式虽然精度高,但实现技 术复杂,成本高,而法易于实现、成本低廉,正在一些精度要求不高的原实 验中能够使用。因而本文着沉引见若何操纵Matlab编程设想波带片。 图1为振幅型波带片示企图,由彼此交替的通明和欠亨明的环带形成。本文利 用Matlab编程快速实现振幅型菲涅尔波带片的设想,生成波带片图样,提高了照 相法的效率和精度。 第一章 波带片的制做 第一节 波带片图样的设想 为光波长,f为焦距。文献[ ]采用公式计较法,即按照式(1)画齐心圆,把相间的波带涂黑获得波带片。文献[ ]采用全息法,即操纵球面波和平面波发生获得的条纹图样做为波带片图样。本文利Matlab[ ]编程快速生成必然参数下的波带片图样,取公式计较法和全息法比拟,其正在法式实现、绘制效率、绘制精度和从动化程度 上具有必然劣势。 狭缝方程的成立 波带片本色上是特殊的环形衍射光栅,其通明带就是光栅的狭缝,狭缝具有必然 的轨迹,满脚必然的方程,称之为狭缝方程。对式(1)改写 1暗示第一个狭缝(半径最小的通明带)的轨迹,其实式( 是分歧的,由于两个齐心圆构成一个通明带(或欠亨明带) ,只不外这里把n不只当作狭缝的序 号,也代表狭缝的轨迹,对波带片而言,就是圆弧的轨迹。由式( 的狭缝的轨迹表达式,即狭缝方程。对这个方程数值求解做图(可视化) ,即为波带片图样。 第二节 波带片参数简直定 波带片参数包罗波带片曲径d和必然参考光波长λ 下的焦距f (从焦距) 。确定 ,按照式(3)画出狭缝轨迹,然后把这些轨迹图样正在波带片曲径d以内,就能独一确定波带片图样。 第三节 计较机生成图样 氦氖激光器无论是正在尝试室仍是正在工程上大量使用,文献[ ]正在制做波带片以及文献[ ]正在制做取样光栅时都采用氦氖激光波长,这里取光源波长为氦氖激光波长63218 nm,菲涅尔波带片长处是焦距可做得较长,取f 000mm,波带片半 =5mm,计较点数1000 000时的波带片图样 400时的波带片图样第四节 验证 由式(1)获得波带片的齐心圆数目 ,按照1.3 举例的参数设 置,算得波带片狭缝个数为 19,图 通明带(不算核心孔)和欠亨明带的个数都为19,从狭缝个数这一方面验证了法式的准确性。 第五节 会商 影响图样精度的要素是环带的稠密度。环带越稠密,分辩率越低,图样精度越 低。若是设想波带片的焦距较短或半径较大,波带片环带就会很密,能够通过添加 计较点数的方式进行改良。计较点数越多,描述绘制波带片的矩阵就越大,绘制精 度就更高。为了申明这一点,计较400 400 时,其他初始前提取113 举例一样时 的图样,计较成果如图 比拟,圆弧边缘呈现毛刺,不滑润。可见添加计较点数, 圆弧会愈加滑润, 图样会愈加精细。 操纵Matlab 编程设想波带片图样具有以下长处: 生成图样时间短,效率高。 当写出法式后,只需输入波带片的参数,运转法式,正在很短的时间内能够生成波带 片图样,不会再别的利用画图软件画图。影响计较时间的要素有计较机设置装备摆设和计 算的点数。计较机设置装备摆设越高,计较时间越短; 计较点数越少, 计较时间越短。本 文中利用计较机CPU Pentium4)从频为2166GHz,内存大小为512 MB,当点数分 0003000 时,生成图样时间别离为 ]提到AutoCAD画图误差正在5% ,Mat2 lab法式画图,理论上不存正在画图误差,当设置计较点数脚够大时,可以或许达到必然 的精度要求。 下面是我用matlab制做出的波带片 %matlab法式 function circle(R) alpha=0:pi/10000:2*pi; 2*pi;%角度[0,2*pi] %半径x=R*cos(alpha); y=R*sin(alpha); plot(x,y,k-) axis equal %运转:正在matalb号令行输入 circle(2)获得图如下: %再正在号令行输入 t=1:1:100circle(sqrt(t)); hold endaxis off set(h,position,[1 -4000 4500 4500]) 获得图如下: 再逐渐将齐心圆填充,如许我们就设想出了 一个50005000pi的菲涅尔波带片图样(缩放) 这就是通过这种法制做出的菲涅尔波带片: 有了这个图样,就能够操纵高精度的制图打印机将图样打印出来。之后正在暗室 中对图样,并洗出底片做为成品。 第六节 理论阐发 尝试检测方案:1.利用激光器和散光片发生平行光。 2.选出成品将其固定正在镜架上,并放置正在光上。 3.用领受屏正在理论核心附近察看现象。 二.对现象的阐发猜想 1.图样精渡过低,每圈的现实核心正在理论核心附近区域内分布。 2.制做波带片时利用的闪光灯是白光,而进行检测时利用的670的单色激光。 三.对制做方式的优化 1.为达到最好的光强加强结果考虑应利用黑。 2.时应采用单色光源。 第七节 结论 本文对波带片环带半径公式( 1)从头认识,把描述波带片齐心圆序号的k改 写成波带片的狭缝方程,进而操纵Matlab编程数值求解方程,实现方程的可视化, 快速生成波带片图样,提高了法制做菲涅尔波带片的效率,同时也提高了波 带片图样的设想精度。除此之外还有条形波带片,方形波带片,螺旋形波带片等。 第二章 波带片的使用 第一节 波带片取透镜比拟的长处 (1)、不具有通俗透镜的球差和慧差等像差; (2)、长焦距的波带片容易制做,而长焦距的通俗透镜的设想、加工都相当麻烦; (3)、波带全面积大、简便、可折叠,出格合用于近程光通信、测距以及宇航手艺之中; (4)、可制感化于微波、红外、x 射线等波段的波带片,为不成见光的成像供给了新的路子。 (5)、波带片的焦距随波长的添加而缩短,正好取玻璃透镜的焦距色差相反,两者共同利用 有益于消弭光学系统的色差 第二节 波带片取透镜的区别 (1)、操纵光的衍射道理成像.(2)、从物点向各个标的目的发出的光波正在像点同位相相关叠加。 (3)、除零级衍射光外,还同时生成一系列实像和虚像。 (4)、焦距取入射光波长成反比。 通俗透镜 (1)、操纵光的折射道理成像。 (2)、从物点到像点的各光线)、物点和像点逐个对应,不成能同时生成实像和虚像。 (4)、焦距约随入射光波长平方而变。 第三节 波带片的错误谬误 /7„„多个焦距的存正在,对给定物点,波片可给出多个象点。 第四节 波带片的使用 由于波带片的低衍射效率其正在可见光波段的利用, 可是正在X 射线波段, 波带片是独一达到衍射极限的光学元件, 因此惹起人们的极大乐趣。因而本文着 沉引见了当前国际上X 射线波带片的次要使用。因为正在X 射线波段各类材料的折 射率都近似等于1, 常规的折射光学元件都无法利用, 因此波带片为X射线聚焦、 成像供给了新的路子。别的操纵波带片的色散性质使其取针孔组合形成曲线单色 由此发生的准单色X射线再经微波带片构成X 射线微束正在生命科学、材料科 学、微细加工等范畴将有普遍的使用前景。 活体生物样品成像研究对“水窗”波段( 射线来说,卵白质的接收系数比水高近一个数量级, 它供给了天然的衬度机制。因此不消切片、脱水和染色即自 然形态下就可对生物样品进行不雅测, 分辩率介于电子显微镜和光学显微镜之间。 恰是软X 射线显微术的这些特色, 促使人们勤奋改良构成软X 射线显微镜的X 射线光源、聚焦元件和探测器。正在国表里浩繁的同步辐射安拆上大多建有配备X 射线波带片的软X 射线显微术尝试坐, 进湿的以至活体生物样品研究。例如, 染虐疾的红细胞生命周期的及时不雅测;某些培育细胞的细胞周期的研究等。 射线光刻是大规模亚微米集成电多量量出产的最有但愿的路子之一。到目前为止, 大部门工做努力于切近式X 射线光刻。因为切近式X 射线光刻对掩摸 的精度、掩摸取样品之间的间隙要求苛刻, 不适合更小的图形( 射线投影光刻是处理这一问题的路子之一。对利用多层膜反射镜的X射线 投影光刻系统来说, 射线nm 摆布) ,采用多层光刻胶处置 工序, 因此分辩率低。利用波带片的X 射线投影光刻系统, 射线波长较短且能供给较宽的波长范畴, 分辩率高。日本NT 大规模集成电尝试室的NKoy ama[ 18] 等人从尝试上了利用菲涅耳波带片X 射线投影光刻的可能性, 们用便宜的波带片(其最外环宽度为0. 159Lm, 响应的分辩率是0. 2Lm 2Lm的线和空图形。 材料科学研究中的使用操纵波带片发生的X 射线微束对材料科学研究具有十分主要的潜正在价值。可 进行微束X 射线接收近边布局、微束衍射、微层析和显微荧光阐发等。H Ade[ 19] 等人操纵美国国度同步辐射光源的X 射线扫描透射显微镜对聚合物夹杂物进行 了研究, 选择分歧的能量及0. 2Lm 的束斑能够确定分歧聚合物的分布等。细不雅 力学是目前材料力学研究的前沿课题, 旨正在材料力学性质进行摸索、和设 计。为了对材料过程的深切认识, 就必需进入到细不雅条理或微不雅条理去研 中国科技大学的伍小平传授正在操纵合肥国度同步辐射尝试室的软X射线扫 描透射显微镜进行细不雅尝试力学手艺的研究上做了初步的测验考试取摸索, 获得了 微力传感元件硅梁受冲击载荷感化后, 其内部毁伤分布的尝试丈量成果, 分辩率达2Lm。 4.软X射线聚焦波带片的使用 软X射线显微镜因为其分辩率高、能正在“水窗”波段对水中含碳物质构成天然 的衬度、射线能量可取很多元素的接收边对应等特点,正在生命科学、科学和 物理学等范畴中有着普遍的使用。软X射线聚焦波带片对X射线色散和聚焦,软X 射线成像波带片对样品成像,是软X射线显微镜中的环节元件。软X射线聚焦波带 片的研制包罗光设想、膜系设想、衬底选择、薄膜制备、亚微米光刻、X射线 光刻、反映离子刻蚀、离子束刻蚀、电镀和化学侵蚀等多种微细加工手艺。 射线自支持型聚焦波带片的研制。自支持型波带片的次要特点是操纵金属加强筋来支持波带片图形,而不是用薄膜来支持波带片图形,能够提高元件正在X射线辐 射下的利用寿命。先操纵激光全息-离子束刻蚀手艺制做了以聚酰亚胺为衬底的 金振幅型波带片,然后以该波带片为掩模,采用同步辐射光刻-离子束刻蚀的方 法获得金属波带片图形,再电镀出金加强筋,制做了金自支持波带片。 软X射线 Ni和Ge位相型聚焦波带片的研制。位相型波带片相对振幅型波带片具有更高的衍 射效率。凡是大高宽比的Ge波带片图形可利用氟基气体的反映离子刻蚀获得,Ni 波带片图形凡是利用Ni的低应力电镀获得。若是图形高宽比力大,能够利用氮化 硅薄膜为衬底。对于氮化硅薄膜,正在操纵热蒸发镀Ge膜时,为婚配应力应选择高 压应力的氮化硅薄膜,而对电镀Ni图形,则应选用低应力的氮化硅薄膜。 正在现有的四种X 射线显微成像方式( 接触体例; 扫描体例; 光全息;成像 体例) 中,后三种方式都用到了波带片。可见跟着微细加工手艺的成长, 波带片 做为光学元件的用处愈来愈被人们所注沉。 此外还有全从动实空激光波带片变形丈量系统的使用 基于三点法准曲道理, 研制了全从动实空激光波带片变形丈量系统。该系统的 次要特点是: 采用了特殊的领受安拆和特地的优化算法, 丈量精度为0. 1mm, 分辩率为0. 01mm; 系统正在从控机的节制下全从动运转, 无需人工干涉; 可正在设 定的时间点上同时对大坝的程度变形和垂曲变形进行监测; 为了整个系统 的平安和不变, 对整个系统进行了完全的封锁设想; 上位机可通过Internet 接从控机,其操做结果和体例等同于正在从控机长进行间接操做,从而可实现对整 个丈量系统进行完全的近程节制。颠末近一年的试运转, 取得了大量的丈量数 据。阐发表白, 系统运转不变, 数据精确可托, 达到和满脚了设想方针和工程要 全息波带片迭加的莫尔使用莫尔现象已有普遍的使用,正在工程上用于三维轮廓非接触测定, 物体活动速 度、细小三维位移及应力应变测袱等, 本文会商把圆波带片莫尔纪律用于软件设 备备及光学系统的准曲,定位以及细小三维位移测定选用两个参数不异的圆波 一个做基准珊,一个做试件珊,基准栅安拆正在待定位堆曲系统的始端, 一高精度相日照明系统按照talbol效应将华谁栅的像成正在试件附上, 二者构成 的莫尔条纹能够反映定位、谁曲及位移的环境. 准曲及轴向定位的活络度取所采用波带片的相对孔径相关, 大的相对孔径灵 这种波带片可采用计较全息的方式制做.线波带片及椭圆波带片 核心对称图形, 能够用于刚体动弹的测定, 笔者将另文会商. 正交的双曲线波 已用于马赫—曾特尔仪的调理,也可用于淮 基于菲涅耳波带片的光通信天线操纵平面屏幕衍射的基尔霍夫理论, 模仿计较了波带片正在平面光垂曲入射情 况下的会聚及分光机能。成果表白, 菲涅耳波带片( FZP) 对垂曲入射的平行光 具有会聚及分光能力; 离轴波带片相对于不异面积的对称波带片对参考光波的 堆积能力更强, 能获得愈加清洁的布景。ZEM AX 阐发表白, 偏离核心必然 的离轴波带片的面积越大, 对光波的堆积能力越强, 抑噪能力也越强; 面积一 定的离轴波带片偏离对称波带片核心越小, 对光波的堆积能力越强, 抑噪能力 也越强。提出了操纵菲涅耳波带片及卡塞格伦千里镜相连系的组合天线方案, 析表白,该天线具有必然的聚光能力, 且抑噪能力比拟抛物面天线更强。 波带片适合使用正在长程光通信、卫星激光通信和宇航器对太阳能的采集等领 域,按照波带片和卡塞格伦千里镜的特点,将两者连系构成光学天线。它操纵千里镜小视场 高增益的特点和波带片会聚及分光的感化, 提高信号光强度并降低布景噪声。可是, 因为波 带片对一种波长的光有多个核心, 这晦气于对光通量的充实操纵, 能够考虑使用相位型波 带片。波带片是该光学天线的环节器件, 其加工程度间接影响其使用, 有报道称[ 13~ 16] 国科学院微电子研究所正在国度同步辐射尝试室光刻坐上操纵X射线光刻手艺成功研制出最 外环宽度为150 nm 的高线密度钛特征线微聚焦波带片。通过合理选择参考光波长和从焦距, 能加工出合适现实工做要求的波带片。本文为大气散射光通信光学天线的设想供给了参考依 操纵螺旋型波带片进行边缘加强成像为了提高对等离子体内界面区域的诊断精度, 研究了操纵螺旋型波带片实现 边缘加强成像的手艺。制做了用于可见光波段的一阶螺旋型波带片, 最外环宽度 Lm。操纵螺旋型波带片对振幅式物体进行了边缘加强成像,尝试获得了成像物 体内鸿沟区域的清晰图像, 界面区域的成像强度获得很大加强。通过尝试丈量发 当物距正在菲涅耳衍射区域内时,螺旋型波带片也可以或许获取较好的成像质量, 表白螺旋型波带片具有较大的视场角, 可以或许对大标准物体进行边缘成像。基于螺 旋型波带片的边缘加强成像能够填补保守成像体例对界面区域成像的不脚, 高对等离子体内界面区域的诊断能力。第五节 结论 近二十年来,做为聚束和聚焦元器件的菲涅耳波带片因其正在实现极紫外成像、 X射线成像取对原子束聚焦等方面的使用取前景,遭到了普遍关心。因为几乎已知 的所有材料正在X射线波段的折射率都很是接近于1,菲涅耳波带片正在X射线的光学 成像上显得尤为主要。因而,大量研究都努力于提高菲涅耳波带片的空间分辩率, 以期可以或许成长出设想和制制具有纳米级空间分辩率波带片的手艺。人们曾经对菲 涅耳波带片的像差取衍射等很多光学性质做了深切研究。一些关于波带片的工做, 如光子领受器、分形波带片、螺旋波带片、螺旋分形波带片等接踵报道。 波带板法检测非球面手艺1光学手艺, 1998; 杨向东,滕浩1一种新型Fresnel波带板1 原子能科学手艺, 1999; 33 光学1:大学出书社, 1982 2003;24 军1菲涅耳波带片的制做和验证1石化职业手艺学院学报, 2005; 涌1通晓Matlab1:航空航天大学出书社,2000 高福华,曾阳素,谢世伟,等1电子束曲写制做低效取样光栅1中 国激光, 2003; 30 etal X-RayMicr os copy. Springer-Ver lag Berlin, 1984 称谢 正在本次课程论文设想过程中,顾菊不雅教员对该论文从选题,构想到最初定稿的各个环节 赐与细心取,使我得以最终完成专业论文设想。正在进修中,教员严谨的治学立场、丰 富广博的学问、灵敏的学术思维、不断改进的工做立场以及侮人不倦的师者风采是我一生学 习的表率,教员们的高深精深的制诣取严谨求实的治学,将永久激励着我。此中还获得 浩繁教员的关怀支撑和帮帮。正在此,谨向教员们致以衷心的感激和高尚的!

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