Optical and modal features of hemielliptic dielectric lenses
任何介质透镜都具有有限的闭合边界，因此实际上是能够支持谐振模式的开放介质谐振器，谐振模式的Q因子取决于透镜参数（尺寸、形状和材料）。半椭圆透镜是许多毫米波和太赫兹天线的重要组成部分，它也不例外：它支持所谓的半蝴蝶结（HBT）谐振，这会强烈影响此类天线的性能。在本文中，我们说明了半椭圆透镜的电磁行为中的光学和模态特征之间的相互作用，并突出了HBT谐振对透镜天线的辐射特性的巨大影响。我们还讨论了与准确描述的谐振现象在紧凑尺寸的半椭圆透镜与传统技术的困难，并提供建议，如何尽量减少HBT谐振对天线性能的寄生影响。
2010-10-06 physics.comp-ph physics.ins-det physics.optics
Geometrical analysis of Kerr-lens mode-locking for high-peak-power ultrafast oscillators
克尔透镜锁模振荡器产生的超短脉冲有着广泛的应用。迄今为止，这些激光谐振腔的设计和对准已经由光束传播的常规分析在理论上支持。然而，成熟的理论框架有时超出了高峰值功率振荡器的范围。在本文中，我们分析了环形谐振器的几何形状，通过扩展的ABCD矩阵方法的高峰值功率制度。为高峰值功率脉冲实现稳定的克尔透镜锁模提供了指导。
2020-03-21 physics.comp-ph physics.optics
Multi-focal spherical media and geodesic lenses in geometrical optics
本文提出了一种设计具有复杂空间结构的各向同性球形介质的一般方法，该介质对不同的光线提供不同的成像类型。它是基于等效的球形介质和相应的测地线透镜。我们使用这种方法来设计多焦点梯度折射率透镜嵌入到一个光学均匀的区域和多焦点绝对仪器，提供完美的三维域的成像。
2013-05-03 physics.optics
Geometrical and physical optics analysis for mm-wavelength refractor telescopes designed to map the cosmic microwave background
我们提出了一种紧凑的双透镜HDPE f/1.6折射器设计，该设计能够在1 mm波长处支持28度衍射极限视场，并将其与使用硅透镜的类似双透镜折射器进行对比。我们比较了这两个系统的光学性质的几何和物理光学预测。所提出的分析表明，通过放宽远心的要求，塑料双透镜折射系统可以在宽视场和波长高达1 mm的类似硅系统进行反射。我们表明，对于这两种望远镜的设计，冷停止溢出显着变化的方式，是有点不一致的高斯光束形式主义和简单的f-数缩放的视野。我们提出的结果，突出光束椭圆度依赖于像素位置和像素孔径大小-一种具有挑战性的效果，在标准几何光学重现。我们表明，硅折射设计遭受更大的交叉偏振相比，HDPE设计。我们的研究结果解决了单纯依靠几何光学来评估两个光学系统的相对性能的局限性。我们讨论了未来的折射设计的影响。
2019-11-29 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.optics
Freeform geometrical optics I: Principles
透镜设计使用透镜表面的计算，允许从给定的物体获得图像。一套通用的规则和法律允许计算光学系统的基本点，如距离，厚度，瞳孔和焦距等。现在，经典透镜设计所基于的理论发生了根本性的变化，因为我们的理论基础不依赖于经典的光线追踪规则。我们表明，在减少矢量解析解方程组中表示的规则，我们可以考虑所有的光学元件，即折射，反射，折反射。这些基础允许在每个表面上保持控制系统像差预算。它大大减少了计算时间。由于这种理论方法的多功能性，这里提出的例子是可能的。
2019-12-12 physics.optics
Geometrical parameter analysis of the high sensitivity fiber optic angular displacement sensor
在这项工作中，我们提出了一个分析的几何参数对光纤角位移传感器的灵敏度和线性范围的影响，通过计算模拟和实验。所分析的几何参数是透镜焦距、光纤之间的间隙、光纤包层半径、发射光纤临界角（或等效地，发射光纤数值孔径）和间隔距离（透镜与反射表面之间的距离）。此外，我们分析了传感器的灵敏度对任何虚假的线性位移。仿真和实验结果表明，对传感器性能影响最大的参数是发射光纤纤芯半径、透镜焦距和光耦合效率，其余参数对传感器性能影响较小。这篇论文发表在《应用光学》上，并经OSA许可以电子版形式提供。该论文可在OSA网站上的以下URL中找到：http://www.opticsinfobase.org/ao/abstract.cfm? URI= ao53368436禁止通过电子或其他方式系统或多次复制或分发到多个地点，并将依法受到处罚。
2015-02-10 physics.optics
Mechanically Reconfigurable GRIN Lens Concept for Focusing and Beamforming Applications
本研究提出一种机械可重构GRIN透镜概念，通过移动波纹层控制焦点，并利用几何光学与数值模拟验证了其在不同焦距下聚焦及红外波长运行的可扩展性。
2025-06-26 physics.app-ph physics.optics
Algorithm for Lens Calculations in the Geometrized Maxwell Theory
目前，光学中的几何方法常被用来根据光线的传播路径求出介质参数，因为在这种情况下，这是一个直接的问题。然而，在几何光学框架下的反问题却很少受到重视。这项工作的目的是证明工作的几何方法来解决的问题，找到的电磁辐射的传播路径依赖于环境参数的光学框架中提出的算法。利用微分几何方法构造了各向同性和各向异性介质的有效度量。对于有效的度量空间，射线轨迹以测地线曲线的形式获得。所介绍的算法适用于众所周知的对象-麦克斯韦和Luneburg透镜。证明了经典方法和几何方法所得结果的相似性。
2018-06-02 physics.optics
Rigorous analytical formula for freeform singlet lens design free of spherical aberration
本文给出了无球差自由曲面透镜设计的解析闭式公式。该公式在给定自由曲面输入面方程的基础上，给出了第二曲面的方程，以校正球差。推导是基于标准几何光学近似下的变分费马原理的正式应用。
2018-11-09 physics.optics
Absolute instruments and perfect imaging in geometrical optics
我们研究成像的球对称绝对仪器，提供完美的成像在几何光学的意义上。我们得到了一些这样的设备的属性，提出了一个通用的方法来设计它们，并使用这种方法提出了几个新的绝对仪器，特别是一个镜头，提供了一个光学均匀区域的像散图像，并具有适度的折射率范围。
2011-07-13 physics.optics
Metalens Enhanced Ray Optics: An End-to-End Wave-Ray Co-Optimization Framework
本文提出一个完全可微的端到端波-射线协同优化框架，通过结合超构透镜、几何透镜与图像数据，利用基于梯度的优化技术设计非傍轴成像系统并校正几何光学像差，从而提升大规模光学系统的整体性能。
2023-05-26 physics.optics
Decoupling optical function and geometrical form using conformal flexible dielectric metasurfaces
物体的物理几何形状和光学特性是相互关联的：圆柱体将光聚焦成一条线，球体聚焦成一个点，任意形状的物体都会引入光学像差。当必须提供特定的光学功能，而形状由其他考虑因素如人体工程学、空气动力学或美学决定时，需要具有解耦的几何形状和光学功能的多功能部件。在这里，我们展示了一种方法，用于解耦对象的光学特性从它们的物理形状使用薄而灵活的电介质超颖表面，符合对象的表面，并改变它们的光学特性。共形超颖表面由嵌入聚合物衬底中的硅纳米柱组成，其局部修改近红外（$\itλ$ = 915 nm）光学波前。作为概念的证明，我们表明，覆盖着超颖表面的柱面透镜可以转换为非球面透镜，将光线聚焦到一个点。共形超颖表面概念对于开发任意形状的多功能光学器件是高度通用的。
2016-05-11 physics.optics
Analytical, numerical and experimental investigation of Luneburg lens system for directional cloaking
在这项研究中，提出了一种基于Luneburg透镜系统的定向隐身设计，并对其工作原理进行了实验验证。通过几何光学分析研究了隐身概念，并借助时域有限差分法进行了数值实现。为了受益于其独特的光聚焦和/或准直特性，使用了Luneburg透镜。我们表明，通过以阵列形式适当组合Luneburg透镜，入射光绕过透镜结之间的区域，即，“黑暗地带”。“因此，如果将物体放置在暗区内，则可以防止物体与传播光的直接相互作用。这种效果用于隐藏由完全导电材料制成的物体。为了设计一种可实现的隐身装置，利用Maxwell Garnett有效介质近似，将Luneburg透镜离散为在介质材料中具有渐变空气圆柱孔的光子晶体结构。在8 GHz左右的微波频率下对所设计的隐身结构进行了实验验证。所提出的结构是通过三维打印的介电聚乳酸材料和黄铜金属合金是利用在微波实验中的完美的电导体材料的地方。数值计算结果与实验结果吻合较好。
2019-04-29 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Optical Magnus effect on gravitational lensing
Department of Physics, Institute of Science Tokyo（东京科学大学物理系）
研究光学迈斯效应在引力透镜中的影响，推导光波包运动方程并分析其对爱因斯坦环形成的影响，提出修正的透镜方程及简单模型的解析解。
2026-03-16 astro-ph.CO gr-qc physics.optics
Properties of electron lenses produced by ponderomotive potential with Bessel and Laguerre-Gaussian beams
在几何光学中研究了由有质动力势产生的电子圆透镜的性质。利用与聚焦后的一阶贝塞尔或拉盖尔-高斯光束的光强分布成正比的势产生电子圆透镜和三阶球差校正器。推导了薄透镜近似下的焦距和球差系数的计算公式，用以确定透镜特性和光束参数。当光束的模场较小时，电子轨迹计算结果显示出与使用公式得到的结果相似的性质。或者，由于电势的环形分布而引入大的高阶像差。二阶和高阶贝塞尔和拉盖尔-高斯光束不产生聚焦能力，也没有负的三阶球面像差;然而，它们仍然可以用作圆对称高阶像差校正器。结果表明，有质动力势为基础的电子透镜或相位板形成的折射率介质的形状是相当灵活的比在传统的静电和磁电子光学的情况下实现的。本文提出的公式可以作为设计优选光场的指南，从而促进利用电子-光相互作用的电子光学新技术的进步。
2022-03-07 physics.optics
Silica final lens performance in laser fusion facilities: HiPER and LIFE
本文评估了HiPER和LIFE激光聚变设施中二氧化硅末级透镜在严重辐照下的性能，计算了辐射通量、剂量、温升、色心形成及机械应力，指出需缓解离子影响并开发新方案解决启动点火问题。
2024-02-11 physics.optics
Diffraction of Gaussian beam in a 3D smoothly inhomogeneous media: eikonal-based complex geometrical optics approach
本文利用傍轴复几何光学（CGO）的从头算方法，研究了标量高斯光束在三维光滑非均匀介质中的传输和衍射。傍轴CGO处理复程函的二次展开，并将波动问题归结为Riccati型常微分方程的解。与全波或抛物线（准光学）方程相比，这大大简化了高斯光束衍射的描述。对于高斯光束在均匀介质中或沿对称轴在类透镜介质中传输，CGO方程具有解析解，否则可以很容易地数值求解。作为一个非平凡的例子，我们考虑高斯光束沿螺旋射线在轴对称波导介质中的传播和衍射。结果表明，长轴的光束的椭圆形横截面无限增长，它主要是在方位角（副法线）方向取向，不服从平行输运定律。
2006-11-15 physics.optics physics.plasm-ph
