Chen, Jie;Fan, Quanping;Wang, Junhua;Yuan, Dengpeng;Wei, Lai;Zhang, Qiangqiang;Liao, Junsheng;Xu, Min
Current Optics and Photonics
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v.4
no.1
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pp.9-15
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2020
Fresnel zone plates have been widely used in many applications, such as x-ray telescopes, microfluorescence, and microimaging. To obtain an x-ray Fresnel zone plate, many fabrication methods, such as electron-beam etching, ion-beam etching and chemical etching, have been developed. Fresnel zone plates fabricated by these methods will inevitably lead to some nonideal factors, which have an impact on the focusing characteristics of the zone plate. In this paper, the influences of these nonideal factors on the focusing characteristics of the zone plate are studied systematically, by numerical simulations based on scalar diffraction theory. The influence of the thickness of a Fresnel zone plate on the absolute focusing efficiency is calculated for a given incident x-ray's wavelength. The diffraction efficiency and size of the focal spot are calculated for different incline angles of the groove. The simulations of zone plates without struts, with regular struts, and with random struts are carried out, to study the effects of struts on the focusing characteristics of a zone plate. When a Fresnel zone plate is used to focus an ultrashort x-ray pulse, the effect of zone-plate structure on the final pulse duration is also discussed.
We have studied the behavior of light in the intermediate regime between a single nanoslit and an infinite nanoslit array. We first calculated the optical characteristics of a small number of nanoslits using finite element numerical analysis. The phase variance of the proposed nanoslit model shows a gradual phase shift between a single nanoslit and ideal nanoslit array, which stabilizes before the total array length becomes ${\sim}0.5{\lambda}$. Next, we designed a transmission-enhanced Fresnel zone plate by applying the phase characteristics from the small-number nanoslit model. The virtual-point-source method suggests that the proposed Fresnel zone plate with phase-invariant nanoslits achieves 2.34x higher transmission efficiency than a conventional Fresnel zone plate. Our report describes the intermediate behaviors of a nanoslit array, which could also benefit subwavelength metallic structure research of metasurfaces.
We fabricated the Fresnel zone plate using femtosecond laser lithography-assisted micro-machining, which is a combined process of nonlinear lithography and wet etching. We investigated the focusing properties by launching a 632.8nm wavelength He-Ne laser beam into the zone plate. The spot size of the primary focal point was $27{\mu}m$ and the intensity of focal point was 0.565W/$cm^2$.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.3
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pp.18-26
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2010
Diffraction gratings with precise spatial periods of 2 ${\mu}m$ and 5 ${\mu}m$ have been fabricated by using a femtosecond laser which does not have limits on materials of micromachining and small thermal effects due to high peak power. Diffraction angle and diffraction efficiency of those were measured. Simulation results of diffraction angle and diffraction efficiency of the diffraction grating calculated with the parameters such as line width, depth, and spatial period of the fabricated gratings were compared with experimental results measured with a He-Ne laser. Besides these, Fresnel Zone Plates (FZPs) with focal distances of 50 mm and 25 mm were fabricated and focal distances of fabricated FZP were measured. Those experimental results for diffraction gratings and FZPs match well with experimental results.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2012.05a
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pp.74-76
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2012
In order to design Transceiver/Receiver antenna with high gain in Ka band, Fresnel zone plate lend(FZPL) antenna is considered and analyzed. Physical optics is applied to demonstrate the FZPL. The FZPL is configured to 11 elements diffraction zones and drived at 20GHz. As a result, calculated received gain using PO method is 33.01dB.
Novel thermo-optically focus-switchable Fresnel zone plates based on phase-change metafilms are designed and analyzed at a visible wavelength (660 nm). By virtue of the large thermo-optic response of vanadium dioxide (VO2) thin film, a phase-change material, four different plasmonic phase-change absorbers are numerically designed as actively tunable Gires-Tournois Al-VO2 metafilms in two and three dimensions. The designed phase-change metafilm unit cells are used as the building blocks of actively focus-switchable Fresnel zone plates with strong focus switching contrast (40%, 83%) and high numerical apertures (1.52, 1.70). The Fresnel zone plates designed in two and three dimensions work as cylindrical and spherical lenses in reflection type, respectively. The coupling between the thermo-optic effect of VO2 and localized plasmonic resonances in the Al nanostructures offer a large degree of freedom in design and high-contrast focus-switching performance based on largely tunable absorption resonances. The proposed method may have great potential in photothermal and electrothermal active optical devices for nonlinear optics, microscopy, 3D scanning, optical trapping, and holographic displays over a wide spectral range including the visible and infrared regimes.
Kim, Jinseob;Kim, Juhwan;Na, Jeongkyun;Jeong, Yoonchan
Current Optics and Photonics
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v.2
no.2
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pp.147-152
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2018
We propose a novel bi-focal metallic Fresnel zone plate (MFZP) with shallow depth-of-field (DOF) characteristics. We design the specific annular slit patterns, exploiting the phase-selection-rule method along with the particle swarm optimization algorithm, which we have recently proposed. We numerically investigate the novel characteristics of the bi-focal MFZP in comparison with those of another bi-focal MFZP having equivalent functionality but designed by the conventional multi-zone method. We verify that whilst both bi-focal MFZPs can produce dual focal spots at $15{\mu}m$ and $25{\mu}m$ away from the MFZP plane, the former exhibits characteristics superior to those of the latter from the viewpoint of axial resolution, including the axial side lobe suppression and axial DOF shallowness. We expect the proposed bi-focal MFZP can readily be fabricated with electron-beam evaporation and focused-ion-beam processes and further be exploited for various applications, such as laser micro-machining, optical trapping, biochemical sensing, confocal sensing, etc.
We study through computational simulation the focal performance of an infrared (IR) Fresnel lens, composed of a multilayer-graphene zone plate formed under a graphene electrode. Here the Fermi level EF of the patterned multilayer graphene is adjusted by the overlying graphene electrode. The Fresnel lens effect, with respect to the reflectance contrast between the graphene electrode and the 8-layer graphene zone plate placed on a glass substrate, has been analyzed over a broad wavelength range from 4 to 30 ㎛. As the optimal wavelength of 8 ㎛ (considering the reflectance and the reflectance-contrast ratio) is incident upon the Fresnel lens with a focal length of 240 ㎛, the focal intensity is enhanced by a factor of 4.3 as the EF of multilayer graphene increases from 0.4 eV to 1.6 eV, and is improved by a factor of 5.8 as the number of graphene layers increases from two to eight. As a result, an all-graphene-based IR Fresnel zone-plate lens, exhibiting multifocal function (240 ㎛ and 360 ㎛) according to the selected EF, is proposed as an ultrathin lens platform.
We investigate the radiation characteristics of radially polarized light and azimuthally polarized light through plasmonic subwavelength-scale annular slit (PSAS) structures, by means of both theoretical and numerical methods. Effective-medium theory was utilized to analyze the characteristics of PSAS structures, and the corresponding results showed that PSAS structures can function as a metallic medium for azimuthally polarized light, or as a low-loss dielectric medium for radially polarized light. Numerical calculations based on the finite-element method were also performed, to verify the theoretical analyses. It turned out that the numerical results supported the theoretical results. Moreover, we exploited the PSAS structures in novel nanophotonic elements with dual functionalities that could selectively focus or pass/block incident light, depending on its polarization state. For example, if PSAS structures were implemented in the dielectric region of a metallic Fresnel zone plate, the modified zone plate could function as a blocking element to azimuthally polarized light, yet as a focusing element to radially polarized light. On the contrary, if PSAS structures were implemented in the metallic region of a metallic Fresnel zone plate (i.e. the inverted form of the former), it could function as a focusing element to azimuthally polarized light, yet as a simple transparent element to radially polarized light.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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