滤光片与光栅的比较
一、光的纯度比较
光电检测以采用纯度高的光为佳，但不管采用哪种分光器，都不可能得到绝对纯的光。
1、光栅：就光栅分光后的一点而言，光是纯的，但由于透光孔具有一定宽度，比色皿所接受的光，是一个在指定波长附近波段上的等强的光。
2、滤光片：经滤光片分光后，通过透光孔被比色皿所接受的光也是一个波段，但在指定波长上光的强度最高，呈正态分布。
二、光的稳定性比较
1、光栅：棱镜或者光栅片的绕轴旋转，由于不可避免的机械误差，并且小角度的偏差经过2-3次反射，会造成很大的偏差，造成波长的不稳定。另外光栅是窄缝，其能量也会很弱，小的检测电压信号为了获得大的电压值，必须以大倍数放大，这样误差也会被放大，会造成检测的不稳定
2、滤光片：由于从同一滤光片上每一点透过的光的波长都是相同的，每个位置是通过光偶准确定位，不受仪器本身机械误差的影响，所以，光强经会聚后，能量很高，电压信号也会相对强，主流光很强，其它杂光的影响就会很弱很弱，可以忽略到不计，误差也会很小，光是稳定的，检测相对很稳定。
三、维护方面
1、光栅：一旦出现螺丝松动，传动误差，更换灯泡，造成中心波长偏移，那一般很难再调整回合适位置，必须由专业厂家来用专业设备调试完成，事实上国内大多数用户因为没有得到这方面的培训与告知，所以基本用了一年以后，发生了偏差也不会去找厂家去校准了。
2、滤光片：结构简单，便于维护。只要稍加培训即可完成维护。附：滤光片、光栅光路原理
亚波长偏振光栅的研究进展 ＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＳｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＧｒａｔｉｎｇｓ 赵华君１袁代蓉１吴正茂２ １重庆文理学院物理与信息工程系，重庆４０２１６０２ 西南大学物理科学与技术学院，重庆４００７１!" ５ ＺｈａｏＨｕａｊｕｎ１ＹｕａｎＤａｉｒｏｎｇ１ＷｕＺｈｅｎｇｍａｏ２ １ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０２１６０，Ｃｈｉｎａ ２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４００７１５，Ｃｈｉｎａ #$$$$$$$% &’ ’ ’’’’’( １引言 光栅作为一种常用的光学元件，在各类光学系统中起着重要作用。光栅主要有色散、分束、偏振及相位匹配四个基本特性。以前光栅的应用大都基于光栅的色散和分束特性，而对具有偏振特性的偏振光栅（ＰＧｓ）的研究相对较少。 近年来，人们逐步认识到光栅具有优良的偏振特性，并开展了大量的研究［１￣１５］。理论和实验都表明，当光栅的周期尺寸接近或者小于入射光波长时，将表现出较强的偏振特性，利用光栅的偏振特性，可以制作各种偏光器件，如偏振光检测器、偏振分束器、相位延迟器、各种波片等［２￣７］。光栅的周期小于入射光的波长称为亚波长光栅，亚波长光栅具有特殊的偏振衍射特性，可以实现偏振、分束、增透、高 反、窄带滤波等功能［８￣１０］，基于光栅偏振特性的亚波长偏振光栅作为一种新型偏振光学元件［１１，１６］，通过对光波偏振态的周期性调制，产生一种偏振依赖的衍射场 ［１７］ ，可将单色平面波分裂成若干束具有不同偏振态的 子光波。亚波长偏振光栅除了能替代晶体作偏振光分束器外，还可以用作光开关、 光互联器件，并且在偏振模色散（ＰＭＤ）的测量和补偿、偏振光的实时检测、偏振光数据处理、生物成像、偏振光相关的仪器设备等领域都有较多的应用［１７￣２４］。 ２亚波长偏振光栅的特点及衍射理论 偏振光栅按光栅周期的空间变化可以分为一维、二维、准周期和连续四种结构［１２￣１５］，如图１所示。一维 摘要亚波长偏振光栅（ＰＧｓ）具有衍射效率高，偏振特性好，易于实现偏振、分束、增透、高反、相位延迟等多种功能的优点，且体积小、重量轻、性能稳定可靠，是一种优良的新型光学元件，有着巨大的应用前景。介绍了亚波长偏振光栅的发展概况与最新研究进展，亚波长偏振光栅的特点及衍射理论，并分别对金属亚波长偏振光栅和介质亚波长偏振光栅进行了分析。 关键词光栅；亚波长偏振光栅；衍射；严格矢量衍射理论；琼斯矩阵 ＡｂｓｔｒａｃｔＳｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇｐｏｃｃｅｓｓｅｓｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｒｅａｌｉｚｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ，ｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｉｎｇ，ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ｐｈａｓｅｄｅｌａｙ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇｗｉｔｈｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ｓｍａｌｌｓｉｚｅ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓａｆｉｎｅｎｅｗｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｈａｓｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｌａｔｅｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｏｆｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇｓｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｇｒａｔｉｎｇｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅｍｅｔａｌａｎｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇｓａｒｅａｎａｌｙｓｚｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓｇｒａｔｉｎｇｓ；ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇｓ；ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；ｒｉｇｏｒｏｕｓｖｅｃｔｏｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ；Ｊｏｎｅｓｍａｔｒｉｘ 中图分类号Ｏ４３６
清晰度指影像上各细部影纹及其边界的清晰程度。 清晰度，一般是从录像机角度出发，通过看重放图像的清晰程度来比较图像质量，所以常用清晰度一词。而摄像机一般使用分解力一词来衡量它“分解被摄景物细节”的能力。单位是“电视行(TVLine)”也称线。意思是从水平方向上看，相当于将每行扫描线竖立起来，然后乘上4/3(宽高比)，构成水平方向的总线，称水平分解力。它会随CCD象素数的多少、和视频带宽而变化，象素愈多、带宽愈宽，分解力就愈高。PAL制电视机625行是标称垂直分解力，除去逆程的50行外，实际的有效垂直分解力为575线。水平分解力最高可达 575x4/3=766线。但是限制线数的主要因素之一还有带宽。经验数据表明可用80线/MHz 来计算能再现的电视行(线数)。如6MHz带宽可通过水平分解力为480线的图像质量。低档家用录像机，如VHS，最多能有240线的清晰度，高档家用摄录机，如S-V而数码摄录机的记录方式是数码信号的格式，清晰度在500线以上。（普通电视的清晰度大约280线，VCD的清晰度是230线）。 [编辑本段]分辨率和清晰度 家庭影院的图像显示设备的种类、性能和功能永远是一个新鲜话题，但其有关的基础知识，或更确切的说是有关电视、电视机和其它视频播放设备的基础知识的话题，却是一个古老而有趣的话题，也是许多家庭影院爱好者一致关心和感兴趣的话题。由于对电视、电视机和其它视频播放设备的基础知识并非每个家庭影院爱好者都明白，对现在正在蓬勃发展着的新技术、新设备的特点也不能正确地理解。 不但如此，即使就是现在自己正在使用着的设备，也不懂得如何去将它的性能充分发挥出来，不懂得如何去将它的功能充分利用起来。笔者作为一个普通家庭影院爱好者，在这里希望能从探讨的角度出发，和大家一起来解读有关家庭影院图像技术和显示设备的一系列常用的、实用的和重要的基本知识，其中还包括设备的使用和调整等方面的知识。在目前五彩纷呈的显示技术和显示设备中，我们拟从电视说起，在电视中，又打算从大家都最关心的分辨率和清晰度问题说起。 分辨率和清晰度还用得着讨论吗？ 说起电视的分辨率和清晰度，似乎是尽人皆知、谁人都懂的问题，好像没有什么值得可谈的，更没有必要作专文加以讨论。 在与清晰度有关的用语中，除了清晰度一词以外，我们经常还可以见到分辨力、分辨率、解析力、解析度、解像力、解像度这些词语。对于这些词语分别的含义和所指的具体内容是什么，怎样使用才合适，目前流行的看法是很不统一的，归纳起来主要有3种不见的看法。第一种：分辨率就是清晰度 这是一种最普遍的看法。这种看法认为，这些词语的意义是一样的或者说是一致的，有的人习惯于用分辨力（率）、分解力、解析力（度）和解像力（度）这一类词，而另一些人习惯于用清晰度这一个词。或者说，这些词的意义是一样的，但在习惯上对不同的对象使用不同的词汇，如习惯于将清晰度一词用于电视机，将分辨率一词用于计算机之类的显示器。第二种：分辨率和清晰度是两回事 这种意见认为清晰度与分辨率（还包括分辨力、解析度、解像度等几个词语）有着本质的区别，它们所指的具体内容本来就不一样。具体说来，清晰度是指人眼宏观看到的图像的清晰程度，是由系统和设备的客观性能的综合结果造成的人们对最终图像的主观感觉。(虽然是主观感觉，但不像主观听音评价那样不能用一个客观标准来计量，清晰度这种主观感觉是可以进行定量测试的，即可以用黑白相间的线条的粗细来衡量，并有标准的测试方法和测试图，其测量数据有明确的单位，即电视线TVL）。
第30卷 第9期光 学 学 报 V ol .30,N o .9 2010年9月 ACTA OPTICA SINICA September ,2010 文章编号:0253-2239(2010)09-2690-06 亚波长光栅偏振分束器的研究 郭楚才 叶卫民 袁晓东 曾 淳 季家镕 (国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南长沙410073) 摘要 利用单层亚波长硅光栅结构设计出工作在近红外波段的偏振分束器。该偏振分束器在45°入射角附近对T E 偏振光具有很高的反射率同时对T M 偏振光具有很高的透射率,其设计原理是基于亚波长光栅的泄漏模共振效应以及类布儒斯特效应。利用散射矩阵方法和时域有限差分方法对偏振分束器进行设计和分析。模拟结果显示,该偏振分束器在1390～1600nm 的波长范围内的反射与透射消光比大于100;同时该偏振分束器具有相对较大的入射角度容差,在有限尺寸高斯光束入射下能保持很好的性能。 关键词 光栅;偏振分束器;散射矩阵方法;亚波长光栅;泄漏模共振效应;类布儒斯特效应中图分类号 O436 文献标识码 A do i :10.3788/AO S 20103009.2690 Re se arch on Sub -Wavelength Grating Polarizing Beam Splitter Guo Chucai Ye Weimin Yuan Xiaodong Zeng Chun Ji Jiarong (College of Optoelectric Science and Engineering ,National University of D efense Technology , Changsha ,Hunan 410073,China ) Abstract A near -infrared (NIR )polarizing beam splitter is designed based on a single layer sub -wavelength silicon grating ,which is reflective for TE polarization and transparent for TM polarization around the incident angle of 45°.The design of the proposed beam splitter is based on the leaky -mode resonance effect and Brewster -like effect of the sub -wavelength grating .Scattering matrix method and finite -difference time -domain method are utilized to design and analyse the structure .Sim ulation results show that both the reflection and transmission extinction ratios of the beam splitter are over 100in the wavelength range of 1390～1600nm .Moreover ,the polarizing beam split ter has a relative big angular tolerance and the effic iency of the beam splitter under the illumination of a Ga ussian beam with finite size is very high . Key word s gratings ;polarizing bea m splitter ;scattering matrix method ;sub -wavelength grating ;leaky -mode resonance effect ;Brewster -like effect 收稿日期:2009-10-26;收到修改稿日期:2009-12-04 作者简介:郭楚才(1981—),男,博士研究生,主要从事纳米光子学方面的研究。E -mail :g cc 1981@y ahoo .com .cn 导师简介:季家镕(1946—),男,教授,博士生导师,主要从事集成光学方面的研究。E -mail :jijiaro ng @ho tmail .co m 1 引 言 偏振分束器是光网络和光信息系统的关键元件,它可以广泛应用于自由空间光开关、磁光数据存储以及偏振成像系统等。传统的偏振分束器主要利用具有双折射效应的天然晶体或者多层膜结构来实现偏振分束。由于天然双折射晶体体积大,无法实现微型化和集成化;多层膜结构与天然晶体偏振分束器相比,其厚度大大减小,但是需要堆积的薄膜层数很多,制备过程相对复杂,因此这两种偏振分束器的应用都受到很大的限制。 近年来,具有特殊衍射特性的亚波长光栅日益受到人们的关注,已被广泛用于设计宽带反射镜[1～3]、法布里-珀罗腔[4] 、滤波器[5～10] 、探测器[11] 与防伪结构[12]等光学元器件,偏振分束器也不例外。例如,Deer Yi 等[13]提出了基于全反射的亚波长光栅偏振分束器,该结构具有很宽的工作带宽,但是因其覆盖层和衬底材料都需要很高折射率的介质,限制了该结构的应用范围;Y .Zhang 等[14]提出了一种双层堆栈结构分束器,该结构具有很大的入射角容差,但是其工作带宽较窄且消光比相对较低。
专业知识 1.X线照片影像的五大要素：密度、对比度、锐利度、颗粒度及失真度，前四项为构成照片影像的物理因素，后者为构成照片影像的几何因素。 2.照片上某处的透光程度称为透光率，照片阻挡光线的能力称为阻光率，光学密度是阻光率的对数。 3.影响X线照片密度的因素：照射量，管电压，摄影距离，增感屏，被照物体厚度、密度，照片冲洗因素。 4.影响X线对比度的因素是：①线吸收系数μ；②物体厚度d；③人体组织的原子序数Z；④人体组织的密度；⑤X线波长λ 5.X线通过人体后，透射线强度与原射线的关系是指数衰减关系。 6.决定照片对比度的最大因素是被照体本身因素。 7.常将空间分辨力称为高对比度分辨力，密度分辨力称为低对比度分辨力，即在低对比情况下分辨物体微小差别的能力。 8.焦点的极限分辨力：焦点大分辨力低，焦点面上X线量分布为单峰时分辨力高，可用星卡测试，R=1/2d。 9.0.2mm的半影模糊值就是模糊阈值。 10.中心X线以外的线称为斜射线。 11.放大摄影X线管焦点应等于或小于0.3。 12.放大摄影能将细小结构显示清楚，其原因是将高频信号转变为低频信号。 13.在普通摄影检查原则中，一般摄影管电压超过60kV是应使用滤线器。 14.X线摄影当中，因康普顿效应而产生的散射X线向四方传播，到达前方的散射线使胶片产生灰雾，到达侧面的散射线，对工作人员的防护带来困难。 15.空间分辨率的表示单位是LP/mm，可通过线对测试卡测得该值。 16.影响X线照片清晰度的观察条件是指观片灯亮度、肉眼的MTF、室内照明条件及环境明暗程度。 17.照片斑点产生的因素是屏、片结构原因和X线量子涨落原因。量子斑点为主，增大mAs可减少量子斑点。 18.X线量是指X光子的多少。影响X线量的因素有：①与靶面物质的原子序数Z 成正比；②与管电压的n次方成正比；③与给予X线管的电能成正比。 19.管电压升高，摄影条件宽容度增大。 20.X线通过三棱镜不发生折射。 21.在常规体层摄影中，“体层面”指的是支点所在平面。只有在支点同高度的层面投影在片中清晰显示，该层面上下组织的投影变模糊或消失。 22.乳腺均为软组织结构，为提高软组织间的影像对比，摄影时需采用低电压、高分辨率胶片、单面增感屏及对乳腺施加压迫的方法，常规摄取轴位及侧斜位。 23.照射野大，则到达胶片的散射X线多，密度会增加。 24.滤线栅栅比是栅条高度与栅条间距之比。 25.在临床摄影中大体规定胸部的摄影距离为150~200cm。 26.曝光时间和光强度乘积相等而所形成的密度不等的现象为互易律失效。 27.胶片上形成的银颗粒的空间分布称为潜影。 28.放大率M=1 0.2/F（焦点大小）。 29.空气间隙法的作用是抑制散射线。
基于严格耦合波理论的宽光谱金属介质膜光栅衍射特性分 析 孔伟金;王书浩;魏世杰;云茂金;张文飞;王心洁;张蒙蒙 【期刊名称】《物理学报》 【年(卷),期】2011(060)011 【摘要】基于严格耦合波理论建立了金属介质膜光栅的衍射机理模型,给出了TE模式金属介质膜光栅衍射效率的表达式.以-1级衍射效率和工作带宽为评价函数,对金属介质膜光栅的表面浮雕结构进行了优化设计.对于800nm和1053nm为中心的TE波,设计的金属介质膜光栅-1级衍射效率优于97%的工作带宽分别达到130nm和150nm,最后讨论了设计的宽光谱高衍射效率金属介质膜光栅的制备工艺容差.此研究对于提高脉宽压缩光栅的性能具有重要的意义.%The rigorous coupled-wave analysis technique for describing the diffraction of metal multi-layer diffraction grating （MMDG）is built.Formulation for a stable and efficient numerical implementation of diffraction efficiency is presented for MMDG with TE polarization.With the merit function of the -1 order diffraction efficiency higher than 97% and working bandwidth,the parameters of MMDG are optimized to achieve broadband.The bandwidths used for 800 nm and 1053 nm can be 130 nm and 150 nm respectively.The manufacture latitude and the effective incident angle for the optimized structure of MMDG are discussed.The optimized grating should be useful for chirped pulse compress.
实验三十亚波长金属光栅透射光谱的测量 一、 实验内容与目的 1. 了解亚波长金属结构中等离激元激发原理和透射增强现象。 2. 了解和掌握光栅光谱仪的测量原理和应用。 3. 掌握针对微区样品的透射光谱测量技术。 二、 实验原理概述 （一）亚波长金属孔阵列的等离激元激发 金属可以看成由固定的正电荷离子实以及在正电荷背景下运动的自由电子所组成的等 离子体系统。这些自由电子的浓度很高， 通常为1023个/cm 3。在外部交变电场作用下， 自由 电子的局域密度会发生起伏变化， 形成电子密度振荡。 这种电荷振荡与外界的入射的电磁场 耦合，可以激发出一种的特殊的表面电磁模式。 用固体物理中的元激发概念或者准粒子来描 述，这就是表面等离极化激元（surface plasmon polariton , SPp [1]。其电场分布E z 和沿表 面向两侧介质中（金属中距离 ，介质中距离 p ）衰减特性如图3.25所示。 图3.25等离激元的电场形式 作为一种表面电磁模，SPP 具有比介质中光波更大的波失 kx - 式中，；A 和；B 分别代表金属和介质的介电常数。因此，想要通过入射光来激发 SPP 表 面模，需要一些特殊的结构设计。亚波长周期金属孔阵就是其中一种， 它通过周期结构在倒 空间提供的倒格矢 厶可以补偿自由空间光波 k light 与SPP 的波失k SPP 之差，从而实现两者的 耦合（图3.26 ）。 (3.12) 2 二
0.8 图3.26用周期产生倒格矢补偿来实现空间光与表面等离激元模的耦合 1/2 1/2 直线co =co p/（1+街）表示表面等离激元振荡频率，虚线㈢=ck/却表示自由空间光的色散曲线，S 表示自由空间介电常数，-.p表示等离子体频率 周期孔阵结构通常还可以看成是一种二维振幅型光栅。但是，普通的用于分光的衍射光 栅需满足两个条件：第一，光能够自由通过光栅空洞（针对二维孔洞结构而言）；第二，满足光栅方程dsi（k =0, ±1,二2,…）。而这里我们所研究的二维金属光栅（即小孔 阵列）所要考察的透射光谱的特性将有大部分的波段不满足普通振幅型光栅所满足的条件。这是因为在金属结构中，光的衍射干涉等现象将不再是由纯粹光波本身产生，还与光与金属 微纳结构的相互作用有关。这里主要是与金属中的表面模式SPP的激发有关。 （二）异常光学透射现象 1944年，Bathe对具有单个孔洞的金属薄膜做了理论研究，他发现通过亚波长的小孔的 透射效率是（r / ' ）4量级，r是小孔半径。例如，对一个半径为150nm的小孔来说，可见光 部分的透射效率都在10-3量级。但是，1998年，法国科学家T.W.Ebbesen等在研究具有周期孔阵结构的金属膜时，发现光的透射系数远大于Bathe的预测值［2］。而且，这时的透射率随波长的变化呈现规律性的起伏，显示出对小孔周期的强烈依赖性，详见图 3.27。Ebbesen当时认为这是由金属膜表面激发的SPP导致了增强透射现象。该现象引起了人们对SPP和异常 光学透射现象的浓厚兴趣。 然而，Ebbesen给出的SPP激发的波长条件与实验得出的增强衍射峰的位置总是有一定的偏差。因此在随后的研究中陆续有新的物理机制被提出用于解释这一现象。如后来Thio 等提出的消逝波复合衍射理论，Treacy提出的衍射动力学理论。其争论的核心都是SPP的激 发在异常透射现象中扮演的角色问题。直到2006~2008年法国的Lalanne组提出了双波模型 来解释这一现象［3］，这方面的争论才告一段落。他们系统地考察了这个体系，认为SPP并
第35卷第5期中 国 科 学 技 术 大 学 学 报Vo l.35,No.5 2005年10月JOURNAL OF UNIVERS ITY OF SCIENCE AND TE CHNOLO GY OF CHINA Oct.2005 文章编号:0253-2778(2005)05-0650-06 亚波长金属/电介质双层光栅偏振片* 廖艳林1,韩正甫2,曹卓良1 (1.安徽大学物理系,安徽合肥230039;2.中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室,安徽合肥230026) 摘要:用严格耦合波分析亚波长金属光栅和高频电介质光栅的衍射性质,给出了亚波长金属/电介质双层光栅偏振片的设计,同时通过严格耦合波分析给出了这种偏振片的TM波的反射特性和反射偏振比. 关键词:亚波长光栅;耦合波理论;双层光栅;偏振片 中图分类号:O436.3 文献标识码:A 0 引言 在光学信息处理、光学测量、光通信等系统中,控制光的偏振状态十分重要.但是传统的偏振器件体积过大,无法满足光学系统的小型化和集成化的需要,更无法以集成电路工艺制作集成光学元件. 近几年来,随着超大规模集成电路(VLS I)和计算机辅助设计(CAD)以及光刻技术的发展,衍射光学元件受到广泛的关注[1～3].其中,亚波长光栅(光栅周期小于入射光的波长)的研究[4～6]备受重视.天然材料的偏振效应[7]来源于微观结构的不对称性引起的双折射,亚波长各向同性光栅的偏振效应则来源于光栅结构的几何不对称性.由于两个正交的偏振光(垂直于光栅矢量的TE偏振和平行于光栅矢量的TM偏振)边界条件不同,故两个正交偏振光的等效折射率不同.根据此性质设计亚波长单层或多层光栅偏振器件已有报道[8～10],它们均有很好的偏振特性[11～14].由于反射式偏振片在集成光学和液晶显示领域的重要作用,本文设计的反射式偏振片偏振效果较文献[14]的理想,并指出了该器件实际制作时的误差容许范围,对实际器件的制作有一定的指导意义. 对于正入射光,单层电介质或单层金属亚波长光栅很难同时得到高偏振比R TM/R TE (反射TM波能量与反射TE波能量的比值)和高反射率(反射TM波能量).本文讨论了亚波长电介质光栅和亚波长金属光栅反射性质,第一次给出金属/电介质双层光栅结构,并用严格耦合波理论分析该结构的衍射特性.理论计算表明,在优化的光栅参数下,可以同时获得高达7.3×103偏振比(R TM/R TE)和高达92%的TM波反射率. 1 理论模型 当特征尺寸接近或小于入射光波波长时,必须用矢量衍射理论来分析.本文运用严格耦 *收稿日期:2004-01-14;修回日期:2004-07-14 基金项目:国家自然科学基金(69876034). 作者简介:廖艳林,男,1978年生,博士生/助教.E-mail:liaoyanlin169@https://www.doczj.com/doc/915761883.html,
实验三十 亚波长金属光栅透射光谱的测量 一、 实验内容与目的 1. 了解亚波长金属结构中等离激元激发原理和透射增强现象。 2. 了解和掌握光栅光谱仪的测量原理和应用。 3. 掌握针对微区样品的透射光谱测量技术。 二、 实验原理概述 （一）亚波长金属孔阵列的等离激元激发 金属可以看成由固定的正电荷离子实以及在正电荷背景下运动的自由电子所组成的等离子体系统。这些自由电子的浓度很高，通常为1023个/cm 3。在外部交变电场作用下，自由电子的局域密度会发生起伏变化，形成电子密度振荡。这种电荷振荡与外界的入射的电磁场耦合，可以激发出一种的特殊的表面电磁模式。用固体物理中的元激发概念或者准粒子来描述，这就是表面等离极化激元（surface plasmon polariton ，SPP ） [1]。其电场分布E z 和沿表面向两侧介质中（金属中距离m δ，介质中距离d δ）衰减特性如图3.25所示。 图3.25 等离激元的电场形式 作为一种表面电磁模，SPP 具有比介质中光波更大的波失 x k = （3.12） 式中，A ε和B ε分别代表金属和介质的介电常数。因此，想要通过入射光来激发SPP 表面模，需要一些特殊的结构设计。亚波长周期金属孔阵就是其中一种，它通过周期结构在倒空间提供的倒格矢?可以补偿自由空间光波light k 与SPP 的波失SPP k 之差，从而实现两者的耦合（图3.26）。
图3.26 用周期产生倒格矢补偿来实现空间光与表面等离激元模的耦合 直线1/21=/(1)p ωωε+表示表面等离激元振荡频率， 虚线1/21/ck ωε=表示自由空间光的色散曲线，1ε表示自由空间介电常数，p ω表示等离子体频率 周期孔阵结构通常还可以看成是一种二维振幅型光栅。但是，普通的用于分光的衍射光栅需满足两个条件：第一，光能够自由通过光栅空洞（针对二维孔洞结构而言）；第二，满足光栅方程sin d k θλ=（0,1,2,k =±±???）。而这里我们所研究的二维金属光栅（即小孔阵列）所要考察的透射光谱的特性将有大部分的波段不满足普通振幅型光栅所满足的条件。这是因为在金属结构中，光的衍射干涉等现象将不再是由纯粹光波本身产生，还与光与金属微纳结构的相互作用有关。这里主要是与金属中的表面模式SPP 的激发有关。 （二）异常光学透射现象 1944年，Bathe 对具有单个孔洞的金属薄膜做了理论研究，他发现通过亚波长的小孔的透射效率是4 (/)r λ量级，r 是小孔半径。例如，对一个半径为150nm 的小孔来说，可见光部分的透射效率都在10-3量级。但是，1998年，法国科学家T.W.Ebbesen 等在研究具有周期孔阵结构的金属膜时，发现光的透射系数远大于Bathe 的预测值[2]。而且，这时的透射率随波长的变化呈现规律性的起伏，显示出对小孔周期的强烈依赖性，详见图3.27。Ebbesen 当时认为这是由金属膜表面激发的SPP 导致了增强透射现象。该现象引起了人们对SPP 和异常光学透射现象的浓厚兴趣。 然而，Ebbesen 给出的SPP 激发的波长条件与实验得出的增强衍射峰的位置总是有一定的偏差。因此在随后的研究中陆续有新的物理机制被提出用于解释这一现象。如后来Thio 等提出的消逝波复合衍射理论，Treacy 提出的衍射动力学理论。其争论的核心都是SPP 的激
统计学方法在CT低对比度分辨力自动检测 中的应用 作者：余晓锷，占杰，李萍，李婵娟 【关键词】低对比度分辨力；统计学方法；体模;CT Application of statistical method in automatic measurement of CT low contrast resolution 【Abstract】 AIM: To measure low contrast resolution with statistical method. METHODS: The Catphan phantom and selfprepared experimental phantom were used to measure low contrast resolution based on the analyzing of measurement principle. RESULTS: The result of subjective method was basically consistent with that of the objective method. CONCLUSION: It is feasible to do the automatic measurement for CT low contrast resolution using selfprepared experimental phantom. 【Keywords】low contrast resolution；statistical
method；phantom;CT 【摘要】目的: 利用统计学方法测量CT低对比度分辨力. 方法：阐述了测试原理，采用Catphan体模和自制体模对CT低对比度分辨力进行了测量. 结果:主观法和客观法测试结果相近. 结论: 可以用自制体模采用统计学方法对CT的低对比度分辨力进行自动测量. 【关键词】低对比度分辨力；统计学方法；体模;CT 【中图号】 R181.22 0引言 CT机的低对比度分辨力（LCR）一般采用标准低分体模来测量，通过视觉观察确定其分辨力大小. 这种方法直观方便，国际上广为应用. 但不足之处在于读数不连续，肉眼观察主观性较大. 这种对图像的主观评价就像对伪影的判断一样，它不可能精确的表示系统的对比度分辨力. 而且市场上不同的检测体模对同一系统会产生不同的评价结果，这是因为这些结果在一定程度上依赖于能谱和体模材料的温度，因此需要对低对比度测量进行标准化［1-3］. 我们借助统计学上的方法来分析均匀层上的数据从而得到低分的结果，具有的明显优点有：对体模的要求低，容易实现，摆放和定位容易，测量结果具有
附录L （资料性附录） DSA设备质量控制检测模体示例 在表L.1中列出了DSA模体的结构和组成，图L.1为DSA模体示意图。 表L.1 DSA模体的结构和组成 1——动态范围楔形阶梯； 2——血管模拟组件； 3——主体； 4——0.2mm铜试验阶梯。 图L.1 DSA模体示意图
附录M （资料性附录） 几种低对比度分辨力检测模体示例 M.1 TO-16或TO-20低对比度分辨力模体 用于CR或DR设备影像质量快速而定量化检验和评价。两种模体均为一个直径250 mm和厚度10 mm的圆形板，板中有12组不同细节尺寸排列，每个有12个直径相同的细节，12组的细节直径尺寸从0.25 mm到11 mm的变化范围，共有144个细节得到从0.0014到0.924（在75 kV和1.5 mm铜滤过）12组不同对比度范围。 两种模体均可以提供60 kV、65 kV、70 kV和80 kV在1.5 mm铜滤过条件下获取的影像12组不同对比度范围值。其最终测量结果可显示一个阈探测指数曲线图。 M.2 CDRAD和Pro-RF低对比度模体 为一块尺寸264 mm×264 mm×76 mmPMMA材料板构成，板上含有15行和15列方形区分布225栅格组成的矩阵，每一个方形栅格中前三行仅有一个检测点（成像点），其他行有二个检测点，一个在栅格中央，另一个随机地选在一个角上，检测点的光密度比之均匀背景光密度要高，且检测点的深度和直径呈对数变化，其范围从0.3 mm到8.0 mm（精度±0.02 mm），在矩阵同一行的检测点有相同直径而其深度变化导致对比度变化，而矩阵同一列是检测点深度相同即对比度相同而其直径变化，因而使检测点的深度和直径在矩阵中分别以15的对数阶形式从0.3 mm到8.0 mm变化。 M.3 IEC低对比度模体 此模体包含有一组直径为1 cm孔径（共19个圆孔）的铝制圆形盘构成。如果使用一块衰减体模提供在自动曝光控制下使X射线衰减和硬化，例如IEC推荐为40 mmPMMA加1 mm厚的铜滤过板，则这种组合的模体，使这些圆盘产生X射线辐射的对比度从1%到20%的变化，每一个圆盘的所产生一级近似对比度如下：1.0%、1.4%、1.8%、2.3%、2.7%、3.3%、3.9%、4.5%、5.5%、6.6%、7.6%、8.6%、10.8%、12.3%、14.5%、16.0%、18.0%、20.0%。 M.4 低对比度测试卡 测试卡由20 mm厚的铝板制成。在该铝板上均布1 cm孔径圆孔，孔的深度（mm）及对比度（括号内数值%）从0.07 mm（0.35%）到3.2 mm（16%）变化，共计19个圆孔。它们分别是：0.07（0.35%）、0.11（0.55%）、0.15（0.75%）、0.19（0.95）、0.22（1.1%）、0.26（1.3%）、0.32（1.6%）、0.36（1.8%）、0.44（2.2%）、0.52（2.6%）、0.88（4.4%）、1.06（5.3%）、1.36（6.8%）、1.48（7.4%）、1.76（8.8%）、2.14（10.7%）、2.5（12.5%）、2.9（14.5%）、3.2（16%）。
140 基金项目：国家重点研发项目（2016YFC0106803）；上海市第六人民医院 院级管理研究基金（lygl201705）作者简介：储呈晨，E-mail: 1052529220@https://www.doczj.com/doc/915761883.html, 通信作者：李斌，E-mail: libin2001@https://www.doczj.com/doc/915761883.html, 文章编号：1671-7104(2019)02-0140-03 储呈晨，李斌 上海交通大学附属第六人民医院 医院管理研究中心，上海市，200233 目的 在标准水模基础上建立低对比度分辨率的基线值，并监测系统成像性能的稳定性，及时发现漂移并校正，充分发挥 设备的性能。方法 针对低对比度分辨力通用测试评价方法不适用于长期监测设备性能变化的特点，提出了将统计学原理中的t 检验方法融入到低对比度分辨力的测试评价中。结果 通过分析评价标准水模图像低对比度分辨力的测试结果，并验证评价方法的正确性，从而根据正确的测试方法，以检验统计量值作为MRI 设备低对比分辨力值，以测试区域的t 界值作为低对比度分辨力的基线值，建立长期稳定的质量保证体系。结论 在此Magphan 标准水模上对低对比分辨力进行测试，数据符合实际经验，并验证得到了该指标的测试方法。可在基于体模的低对比分辨力的检测与评价方法的基础上建立指标的基线值，从而保障系统成像性能的稳定性。 磁共振成像系统；Magphan 体模；低对比度分辨力R197.39 A doi: 10.3969/j.issn.1671-7104.2019.02.018CHU Chengchen, LI Bin Research Center of Hospital Management, Shanghai Jiao Tong University A?liated Sixth People ’s Hospital,Shanghai,200233 Objective Based on the Magphan phantom, a baseline value of low contrast resolution was established, and the stability of the imaging performance of the system was monitored. Drift and correction were found in time to give full play to the performance of the device. Methods The general test evaluation method for low-contrast resolution was not suitable for the characteristics of long-term monitoring equipment performance changes, and the test evaluation of low-contrast resolution that incorporates the t -test method in statistical principle was proposed. Results By analyzing and evaluating the test results of the low contrast resolution of the standard water model image, and verifying the correctness of the evaluation method, according to the correct test method, the test statistic value was used as the low contrast resolution value of the MRI equipment to test the t boundary of the region. The value was used as a baseline value for low contrast resolution to establish a long-term stable quality assurance system. Conclusion In this paper, the data of the low contrast resolution test on Magphan phantom was in line with practical experience, therefore the test method of low contrast resolution was veri?ed. The baseline value of the indicator can be established based on the detection and evaluation method of low contrast resolution based on phantom, then to ensure the stability of the imaging performance of the system. magnetic resonance imaging system, Magphan phantom, low contrast resolution 基于Magphan 体模的磁共振成像设备 低对比度分辨力的检测评价 Detection and Evaluation of Low Contrast Resolution of Magnetic Resonance Imaging Apparatus Based on Magphan Phantom 0 引言 磁共振成像系统可以灵活控制组织信号并产生对比，影响磁共振成像对比的内在因素是与组织相关且相对不能改变的因素，例如质子密度、弛豫时间、化学位移、血液流动、病理变化等等；相对的外在因素是可以调整的脉冲序列参数及硬件配置，例如脉冲序列及其参数、伪影抑制技术、门控技术、静磁场、线 圈类型等等。早期疾病组织与正常组织的弛豫时间比较接近，而外在因素则决定了图像的对比特性、图像质量和对病变组织显示的敏感性。低对比分辨力反映了磁共振成像系统分辨信号大小相近物体的能力，即磁共振成像设备的灵敏性，这一指标对疾病的早期诊断很有价值。 本文在Magphan 标准水模中低对比分辨力测试平面上，控制影响图像对比的外在因素，即保持序列扫描参数和硬件设施一致，评价磁共振成像设备的灵敏度。探讨相关对比度分辨力的测试方法，设定低对比 【作 者】【摘 要】【关 键 词】【中图分类号】【文献标志码】 【 Writers 】【 Abstract 】【Key words 】
X射线管：产生X射线的装置，阴极是X射线管的负极，由灯丝和聚焦罩构成； 阳极是射线管的正极 焦点，灯丝发出的电子经聚焦加速后撞击在阳极板上的面积称为实际焦点，是实际的是实际的射线源X射线源 有效焦点，x射线管的实际焦点在垂直于x射线管的轴线方向上投影的面积 x射线的量是x射线光子的数目，表示x射线的硬度，即穿透物质本领的大小，x射线质是x射线光子的能量，决定于x射线束中的光子数 足跟效应阳极效应，厚靶周围x射线强度的空间分布，越靠近阳极一侧的x射线辐射强度下降的越多，靶倾角越小下降的幅度越大，这种越靠近阳极x射线强度下降越多的现象 有效焦点大小的影响因素有：灯丝大小、管电压和管电流、靶倾角。 光电效应和康普顿效应对影像质量和患者防护各有何利弊？ 答：诊断放射学中的光电效应，可从利弊两个方面进行评价。有利的方面，能产生质量好的影像，其原因是：①不产生散射线，大大减少了照片的灰雾；②Csych001 可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差别，产生高对比度的X射线照片，对提高诊断的准确性有好处。钼靶乳腺X射线摄影，就是利用低能X射线在软组织中因光电吸收的明显差别产生高对比度照片的。有害的方面是，入射X射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加了受检者的剂量。从全面质量管理观点讲，应尽量减少每次X射线检查的剂量。康普顿效应中产生的散射线是辐射防护中必须引起注意的问题。 在X射线诊断中，从受检者身上产生的散射线其能量与原射线相差很少，并且散射线比较对称地分布在整个空间，这个事实必须引起医生和技术人员的重视，并采取相应的防护措施。另外，散射线增加了照片的灰雾，降低了影像的对比度，但与光电效应相比受检者的剂量较低。 x射线透视，将影像增强管输出屏的图像，传递到视频摄像管的输入屏，闭路视频系统传递图像，利用监视器观察x射线影像 x射线摄影，用胶片来采集转换x射线信息影像，使之成为可见的影像 胶片特性曲线，胶片的一个性能指标是相对曝光量RE的对数与对应光密度D的关系曲线，斜率为反差系数γ，横坐标范围是宽容度 增感屏，x射线-荧光物质-荧光-胶片感光增强，来增加x射线对胶片的曝光，以缩短摄影时间，降低x射线辐射剂量，不足是使影像变得模糊 软x射线摄影，采用20-40kv的峰值管电压产生的低能x射线进行的摄影MRA磁共振血管成像，是一种无创伤性研究血液流动和实现血管系统可视化的技术。利用流动MR血液信号与周围静态组织MR信号的差异来建立图像对比度，从而无需使用造影剂。一类利用的是血流流入成像层面的信号增强的流动效应，另一类是利用沿磁场梯度方向运动的自旋核产生的相位偏移效应 高千伏x射线摄影，120kv以上管电压产生的较高能量的x射线进行的摄影，物质的吸收衰减以康普顿效应为主，与有效，原子序数无关，使与骨骼相重叠的软组织和骨骼本身的细小结构及含气管腔等变得易于观察 x射线造影，将对比剂引入欲检查的器官内或其周围形成物质密度差异，使器官与周围组织的x射线影像密度差异增大，显示出器官的形态和功能的方法