相干衍射成像--高次谐波的应用解析
高次谐波效应
高次谐波效应
高次谐波效应是一种非线性光学现象，它是指当激光束通过非线性介质时，会产生高次谐波，即频率是激光频率的整数倍的光子。
这种现象在激光技术、光通信、光谱学等领域都有广泛的应用。
高次谐波效应的产生是由于非线性介质中的电子在强光作用下发生非弹性碰撞，从而产生高能量的光子。
这些光子的频率是激光频率的整数倍，因此被称为高次谐波。
高次谐波效应的产生需要满足一定的条件，包括激光功率、激光波长、非线性介质的性质等。
高次谐波效应在激光技术中有着广泛的应用。
例如，在激光加工中，高次谐波可以用来实现微细加工，如制造微型器件、微型结构等。
在光通信中，高次谐波可以用来实现光纤通信，提高通信速度和带宽。
在光谱学中，高次谐波可以用来研究分子结构和化学反应等。
除了应用领域外，高次谐波效应还有着重要的研究价值。
通过研究高次谐波效应，可以深入了解非线性光学现象和光与物质相互作用的机制。
同时，高次谐波效应也为开发新型光学器件和光学技术提供了新的思路和方法。
高次谐波效应是一种重要的非线性光学现象，它在激光技术、光通信、光谱学等领域都有着广泛的应用和研究价值。
随着科技的不断发展，相信高次谐波效应将会有更加广泛的应用和更深入的研究。
高次谐波-百度百科
高次谐波（high order harmonic component）对于任意一复合周期振动函数Y（T）按傅氏级数分解表示为：第一项称均值或直流分量，第二项为基波或基本振动，第三项称二次谐波，依次类推或把二次谐波以后的统称为高次谐波。
危害与一般无线电电磁干扰一样，变频器产生的高次谐波通过传导、电磁辐射和感应耦合三种方式对电源及邻近用电设备产生谐波污染。
传导是指高次谐波按着各自的阻抗分流到电源系统和并联的负载，对并联的电气设备产生干扰，感应耦合是指在传导的过程中，与变频器输出线平行敷设的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰，电磁辐射是指变频器输出端的高次谐波还会产生辐射作用，对邻近的无线电及电子设备产生干扰。
高次谐波的危害具体表现在以下几个方面：①变压器电流和电压谐波将增加变压器铜损和铁损，结果使变压器温度上升，影响绝缘能力，造成容量裕度减小。
谐波还能产生共振及噪声。
②感应电动机电流和电压谐波同样使电动机铜损和铁损增加，温度升。
同时谐波电流会改变电磁转距，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出效率，并发出噪声。
③电力电容器当高次谐波产生时，由于频率增大，电容器阻抗瞬间减小，涌人大量电流，因而导致过热、甚至损坏电容器，还有可能发生共振，产生振动和噪声。
④开关设备由于谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率，使暂态恢复峰值电压增大，破坏绝缘，还会引起开关跳脱、引起误动作。
⑤保护电器电流中含有的谐波会产生额外转距，改变电器动作特性，引起误动作，甚至改变其操作特性，或烧毁线圈。
⑥计量仪表计量仪表因为谐波会造成感应盘产生额外转距，引起误差，降低精度，甚至烧毁线圈。
⑦电力电子设备电力电子设备通常靠精确电源零交叉原理或电压波形的形态来控制和操作，若电压有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、以致造成许多误动作。
⑧其它高次谐波还会对电脑、通信、设备电视及音响设备、载波遥控设备等产生干扰，使通信中断，产生杂讯，甚至发生误动作，另外还会对照明设备产生影响。
高三简物理谐波及图像知识精讲
高三简物理谐波及图像【本讲主要内容】简谐波及图像波的形成：传播；图像；能量多解性及对称性问题【知识掌握】【知识点精析】一. 波的形成1. 定义：机械振动在介质中的传播过程。
2. 条件：⑴波源：振动的物体（质点）。
⑵介质：连续介质模型①质点之间有力的联系：把介质看成一系列相互联系的质点。
②受迫振动理论：以波度为超点，各质点通过质点间的力的作用，而做受迫振动。
二. 传播1. 传播什么：通过驱动力做功传播能量；以振动形式为载体传播信息；质点本身并不随波逐流。
理论：受迫振动理论：2. 波的分类横波：质点振动方向与波的传播方向垂直；典型的横波有绳波、水波等。
纵波：质点振动方向与波的传播在同一直线上；典型的纵波有声波、弹簧波等。
3. 描述（1）频率（f ）：与波源的振动频率相同；由波源来决定，与介质无关；就是传播方向上每个质点做受迫振动的频率。
（2）波速（v ）：波在介质中传播的速度，也是振动形式向外传播的速度；波在同一种均匀介质中是匀速传播的；波速由介质来决定，（一般来讲，介质的密度越大，传播速度越快。
在真空中则不能传播。
）与波源无关，相同性质的机械波在同一介质中传播的速度是相同的。
（3）波长定义：在波的传播方向上，两相邻的振动情况总是相同的质点间的距离。
意义：振动的形式在一个周期内传播出去的距离，在同一种均匀介质中是匀速传播的。
故v T λ=分类表达：横波：相邻两波峰（或波谷）之间的距离。
纵波：相邻两密部（或疏部）之间的距离。
三. 图像（横波）1. 定义：在波的传播过程中，某一时刻各质点离开各自平衡位置的位移的末端的连线。
横轴：表示各质点的平衡位置。
2. 规律：即形状为波浪线（正、余弦线）。
3. 意义：①描述在该时刻各质点的位移：即在横轴上找到它们的平衡位置所对应的纵坐标，既能表达大小，也能表示方向。
②表达振动的强弱，即振幅：同时也标志着能量的多少。
③表达波长：体现周期性、重复性、对称性。
④借助波的传播方向能够比较各质点在该时刻的速度方向、大小及变化。
飞秒激光强场中高次谐波
Gas jet (Xe)
Filter
CCD
High-order harmonics (A)
产生/机制
宏观
P (1)E E (2) 2 E (n) n
E E0 cost
强
E2
(E0
cost)2
E02 2
E02 2
cos 2t
E n
(E0
cost)n
a0 2
k 1
ak
cos k
t
脉冲形状
更高效率
27th
研究/进展
2003
Science, 302, 95 (2003)
相位匹配
更高效率
k qkL kq
2 (qnL / L nq / q ) 0
研究/进展
2005 Nature, 433, 597(2005) 更短波长 Phys. Rev. A 71, 061840 (2005) 更高效率
806nm 125fs 1.3 x 10 15W/cm2 Ne
109th-7.4nm
更短波长(截止区） 更高的效率（平台区） 更短脉冲（阿秒脉冲--平台区、截止区）
研究/进展
1997 Science,278, 661(1997) 短脉冲(5fs)
更短波长
179th-4.4nm
研究/进展
2000
Nature 406, 164 (2000)
……
产生/机制
Step 1
Step 2
Step 3
三步模型简介(In strong field 0f femtosecond laser) 1. Field tunnel ionization of electron ()
Corkum, Phys. Rev. Lett. 71, 1994 (1993) Lewenstein, Phys. Rev. A 49, 2117 (1994)
第5讲高次谐波与阿秒脉冲
7.6nm 135次
1993， J.J. Macklin et al, PRL 70, P.774 Ti:S laser (第一次）125fs, 800nm Ne 7.4nm 109次
1997， Z.H. Chang et al, PRL 79,P.2967 Ti:S, 26fs, 780nm He 2.73nm 297次
超快超强激光物理学
第五讲 高次谐波及阿秒脉冲
龚旗煌 教授
北京大学物理学院现代光学研究所 人工微结构和介观物理国家重点实验室 中科院－北京大学联合超快光科学和激光物理中心
本文撰写时间仓促，有错误和不足之处，恳请批评指正。版权所有，引用请与作者联系！
第五讲、高次谐波与阿秒脉冲 一、概况 二、高次谐波产生机理 三、突破水窗极限研究 四、位相匹配实验研究 五、as脉冲测量— — 电子相关法 六、展望
1KHz, 800nm
北京大学 超快超强激光物理学
29阶
理论推 导结果
B,D 考虑 2%电离
31阶
改变气压，可以实现23 次— — 31次相位匹配
效率提高 102 - 103 达到10-4 - 10-6效率
未匹配X-ray空 北京大学 超快超强激光物理学 间发布
匹配X-ray空间 发布
H.R. Lange et al, PRL 81 (1998) 1611 利用自波导超短激光脉冲实现 “准”相位匹配 Ti:S laser, 130fs, 3mJ
1997, Ch. Spielmann et al, Science 278, P. 661 Ti:S, 5fs, 780nm He < 3nm
北京大学 超快超强激光物理学
研究方向： 1、提高转换效率新技术、新方法 典型效率10-8-10-9 2、更短波长辐射的获得 — — 水窗 (已获 得） 3、更短脉冲宽度辐射的获得 — — 阿秒脉冲
关于医学超声中的谐波和次谐波.
关于医学超声中的谐波和次谐波医学超声在医学诊断中起着十分重要的作用。
但是医学超声所包含的诊断技术，无论是B型成像还是血流检测，一般都沿用了线性声学的规律。
从低廉的普及型仪器到昂贵的高档设备，都作为线性系统进入应用领域。
这种医学超声中的线性现象以往占了主导地位，形成超声诊断的主流。
但是线性是相对的、局部的，非线性是绝对的、全面的，甚至有人提出世界是非线性的。
实际上医学超声中存在着非线性现象。
过去它处于次要地位而被忽略，但是随着人们对事物本质研究的深入，以往被忽略的非线性现象都在某种场合显示其重要性，研究医学超声中非线性现象有助于人们进一步提高现有的诊断水平。
近年来产生的谐波技术［1-6］就是非线性声学在超声诊断中的一项有应用成效的新技术。
谐波原理一、传播过程中的非线性换能器发射频率为f的声波，在人体组织(介质)中以纵波形式传播，即形成组织的压缩和稀疏。
线性声学认为波在均匀介质中传播速度各处相等(C)。
当计入非线性效应时，声波在均匀介质中x点的传播速度C(x)不再都是常数C0。
在波的压缩区， C(x)>C，在波的稀疏区， C(x)<C。
因此，用简谐波形激励换能器所产生的声波，由于传播过程中各点的传播速度不同而导致了波形畸变，即变为非简谐波形。
波形的畸变意味着谐波的产生。
根据非线性声学，传播过程中产生的谐波，随着传播距离增大而增加，即产生集合(build-up)。
但是，衰减却也随着传播距离增大而增大。
两者综合的结果，使换能器接收到。
表浅组织的谐波回波较小(表皮的谐波为零)。
集合作用使谐波回波随距离而逐渐增加。
某一深度到达极值，后以衰减作用为主，谐波回波随距离而逐渐增小。
二、入射/反射关系的非线性线性声学认为反射波的强度与入射波的强度呈正比，但是计及非线性效应，反射波的强度不与入射波呈正比。
这就导致在回波信号中除了有基波外还有谐波成份。
UCA(ultrasound contrast agent)国人将UCA俗称为超声造影剂，正式译名应为超声增强剂。
理解波的干涉和衍射的应用
理解波的干涉和衍射的应用波的干涉和衍射是物理学中重要的现象，具有广泛的应用。
通过理解和应用这些现象，我们可以在光学、声学、电磁学等领域中做出重要的发现和应用。
本文将介绍波的干涉和衍射的基本概念，以及它们在光学和声学中的应用。
一、波的干涉和衍射的基本概念在物理学中，波的干涉指的是两个或多个波相遇后叠加形成新的波的现象。
干涉现象可以是增强或减弱波的振幅，取决于波的相位差。
当两个波的相位差为整数倍的2π时，波的振幅增强，形成明亮的干涉条纹；当两个波的相位差为奇数倍的π时，波的振幅减弱，形成暗暗的干涉条纹。
与波的干涉类似，波的衍射也是波的传播过程中会出现的现象。
衍射是波遇到障碍物或通过有限孔径时的传播现象。
衍射使波传播到波前之后出现扩散现象，形成由波阵面弯曲造成的振动。
衍射现象对于光线的传播有重要影响，也是干涉现象的基础。
二、光学中的波的干涉和衍射应用1. 干涉仪器干涉仪器是利用波的干涉原理制成的实验仪器，如Michelson干涉仪和迈克尔逊干涉仪等。
这些仪器可以用于测量光的波长、折射率、涡旋度等。
在科学研究和工程应用中，干涉仪器是必不可少的工具。
2. 干涉光栅干涉光栅是光学仪器的重要组件，可以通过干涉效应产生特定的光谱图案。
干涉光栅广泛应用于光谱仪、显微镜、激光仪器等领域。
通过控制光栅的结构参数，可以实现对光谱的分析和处理，对于物质的测量和识别具有重要意义。
3. 衍射光学衍射光学是利用波的衍射现象进行光学设计和应用的一种方法。
通过控制光的传播和衍射过程，可以实现对光束的聚焦、分束和激发等操作。
衍射光学广泛应用于激光加工、图像处理、光学信息存储等领域，为光学应用提供了新的思路和方法。
三、声学中的波的干涉和衍射应用1. 声波干涉声波干涉是利用声波的干涉原理进行测量和处理的一种方法。
通过声波的干涉现象，可以实现对声音的动态调控和分析。
在音响工程、声学实验和医学诊断等领域，声波干涉技术被广泛应用于噪音控制、声学成像和声学信号处理等方面。
高次谐波产生euv光源
高次谐波产生euv光源
高次谐波产生EUV（极紫外）光源是利用激光和非线性光学
效应相结合的技术。
其基本原理是通过将激光束导入非线性晶体中，利用晶体的非线性光学特性，将激光的频率倍增，产生高次谐波。
具体的步骤如下：
1.选择合适的激光源：通常使用纳秒或飞秒激光器作为激光源，其激光波长通常为几百纳米。
2.选择适当的非线性晶体：通常使用β-硼酸盐晶体或KDP
（二羟基磷酸氢钾）晶体等非线性晶体作为高次谐波发生器，这些晶体具有较高的非线性系数。
3.调整激光束参数：通过调节激光脉冲的能量、时间和空间分
布等参数，使得激光束在非线性晶体中有效地产生高次谐波。
4.调整晶体的相位匹配条件：由于高次谐波发生是一个相位敏
感的过程，需要调整晶体的长度和温度等参数，使得激光波矢和高次谐波波矢满足相位匹配条件。
5.调整激光入射角度：通过调整激光束与晶体的入射角度，可
以进一步优化高次谐波的产生效率。
6.收集和分离高次谐波：利用光学元件和滤波器等装置，将产
生的高次谐波从激光束中分离出来，并对其进行收集和利用。
通过上述步骤，就可以有效地产生EUV光源，用于光刻机等
领域的应用。
这种技术具有高效、高精度和高稳定性等优点，能够在微纳米加工和材料研究等领域发挥重要作用。
高次谐波光谱
高次谐波光谱全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高次谐波光谱是一种非线性光学技术，它利用高功率激光与材料相互作用产生的高次谐波来研究材料的性质和结构。
高次谐波光谱在过去几十年里得到了广泛的应用，特别是在材料科学和光谱学领域。
本文将介绍高次谐波光谱的原理、技术和应用，以及未来的发展方向。
高次谐波光谱是一种通过非线性过程产生高频光（通常是紫外或软X射线）的技术。
它的原理是通过激光脉冲的高强度与材料相互作用，使得材料原子的电子被激发到较高能级，然后在电子返回基态时，会产生高次谐波。
这些高次谐波包含了原始激光波长的整数倍，因此可以用来研究材料的光电性质和结构。
高次谐波光谱的测量是一种相对简单的技术，通常使用高功率飞秒激光器和高灵敏度探测器。
激光脉冲通过样品后，探测器会记录样品发射的高次谐波信号，并通过频谱分析和信号处理得到样品的光谱信息。
高次谐波光谱技术的发展使得人们可以研究材料的细微结构和性质，从而可以在材料科学、光电子学和纳米技术等领域中得到广泛的应用。
高次谐波光谱在材料科学领域的应用非常广泛。
它可以用来研究材料的非线性光学特性、光谱特性和电子结构，从而揭示材料的物理和化学性质。
高次谐波光谱还可以用来研究材料的表面形貌和晶体结构，为材料科学家提供重要的信息。
高次谐波光谱还可以用来研究材料的超快动力学过程，如光诱导动力学和量子调控。
除了在材料科学领域，高次谐波光谱还在其他领域得到了广泛的应用。
在生物医学和药物研究中，高次谐波光谱可以用来研究生物分子的结构和动力学过程，为药物设计和生物医学领域提供重要的信息。
在环境科学领域，高次谐波光谱可以用来研究大气和水质中的污染物质，为环境保护提供重要的数据。
在光谱学和光子学领域，高次谐波光谱还可以应用于激光频率校正和分析等方面。
未来，高次谐波光谱技术将继续发展，为人类社会带来更多的好处。
随着激光技术的发展和进步，高次谐波光谱的分辨率和灵敏度将不断提高，从而可以研究更多种类的材料和现象。
相干衍射成像--高次谐波的应用讲解
毕业论文题目：衍射成像——高次谐波的应用学院：物理与电子工程学院专业：物理学毕业年限：2015年学生姓名：杜宁学号：201172010307指导教师：王国利目录摘要 (1)一、引言 (2)二、高次谐波的发射 (3)2.1高次谐波的发射机制 (3)2.2高次谐波的特点及应用 (4)三、实验机制 (5)四、结果与讨论 (6)4.1光源的产生 (6)4.2光源的空间相干性 (7)4.3衍射图像的采集 (8)五、图像分析 (9)六、总结 (11)七、展望 (11)参考文献 (13)致谢 (15)衍射成像——高次谐波的应用摘要：高次谐波是强激光与原子分子等介质相互作用而产生的一种相干辐射波，其具有从可见光到真空紫外甚至软X 射线光辐射的宽频区域，可以用作一种非常便捷的相干光源。
本文介绍了一个高次谐波在衍射成像中的应用实验。
在相干衍射成像中，用高次谐波作为空间相干光源照射要研究的样品，而被电荷耦合元件CCD (Charge coupled device)照相机所记录的衍射图像通过迭代相位恢复法来重构目标物体。
利用13.5 nm的谐波进行相干衍射成像，其空间分辨率可以达到200 nm。
关键字：高次谐波辐射，迭代相位恢复法，相干衍射成像Diffractive Imaging Using High Order Harmonic Generation Abstract: High order harmonic, which occurs in the interacion between an intense laser pulse and an atomic or molecuar medium, is a coherent radiation wave. High order harmonic can be used as a very convenient coherent light source because it has a broadband range from visible light to vacuum ultraviolet even a soft X-ray soure. In this article, we will introduce an experiment about high order harmonic apply in diffractive imaging. The sample to be investigated is illuminated with high order harmonic and the object is reconstructed from the diffraction pattern recorded on a CCD camera by means of iterative phase retrieval algorithms.A spatial resolution of ~200nm can be achieved if one use harmonic around 13.5nm to proceed the coherent diffractive imaging.Keyword: high order harmonic generation；iterative phase retrieval algorithms；coherent diffractive imaging一、引言相干衍射成像（Coherent diffractive imaging，CDI）是一种不需要光学元件（比如透镜组）来获得放大图像的成像技术[1-6]。
电波的干涉、衍射及偏振现象的基本原理及应用
电波的干涉、衍射及偏振现象的基本原理及应用一、电波的干涉现象电波的干涉是指两个或多个电波在同一区域内相遇时，由于它们的波程差而产生的相互加强或相互抵消的现象。
电波干涉现象是电磁波传播过程中的基本现象之一，广泛应用于无线电通信、雷达、天线设计等领域。
1.1 干涉现象的产生当两个或多个频率相同、相位差恒定的电波相互叠加时，它们在空间中的某些区域会相互加强，形成干涉加强区；而在其他区域则会相互抵消，形成干涉减弱区。
这种现象类似于水波的干涉，当两个水波相遇时，它们的波峰与波峰相遇会产生加强，波谷与波谷相遇也会产生加强，而波峰与波谷相遇则会产生减弱。
1.2 干涉现象的原理电波干涉现象的原理可以用波动方程来描述。
假设有两个电波源E1和E2，它们分别发出频率为ω的电波。
则电波在空间中的某一点(x,y,z)的电场强度可以表示为：E = E_1 + E_2 = E_1 (t - k_1 r) + E_2 (t - k_2 r)其中，k1和k2分别是两个电波的波矢，r是点(x,y,z)到两个电波源的距离，ω是电波的角频率。
当两个电波在点(x,y,z)相遇时，它们的相位差Δϕ可以表示为：= _2 - _1 = k_2 r - k_1 r = (k_2 - k_1) r其中，ϕ1和ϕ2分别是两个电波在点(x,y,z)的相位。
当Δϕ=2πn（n为整数）时，两个电波在点(x,y,z)相互加强，形成干涉加强区；当Δϕ=(2n+1)π时，两个电波在点(x,y,z)相互抵消，形成干涉减弱区。
1.3 干涉现象的应用电波的干涉现象在无线电通信、雷达、天线设计等领域有着广泛的应用。
例如，在无线电通信中，通过干涉现象可以实现信号的增强和减弱，从而提高通信的可靠性和稳定性；在雷达中，通过干涉现象可以实现波束的定向和聚焦，从而提高雷达的探测性能；在天线设计中，通过干涉现象可以实现天线的阵列化，从而提高天线的方向性和增益。
二、电波的衍射现象电波的衍射是指电波在遇到障碍物时，沿着障碍物的边缘弯曲并绕过障碍物的现象。
光的衍射与和谐波与反射光栅
光的衍射与和谐波与反射光栅光是一种电磁波，具有波动性质。
在光的传播过程中，会遇到各种物体和结构，从而产生不同的现象和效应。
其中，光的衍射、和谐波和反射光栅是光学领域中重要的概念和现象。
一、光的衍射光的衍射是光经过一个孔或细缝时，出现弯曲和扩散的现象。
当光通过一个开口较小时，它的传播方向会发生明显的弯曲，形成衍射现象。
光的衍射可以通过夫琅禾费衍射（Fresnel Diffraction）和菲涅耳衍射（Fraunhofer Diffraction）两种情况来描述。
夫琅禾费衍射发生在当光波通过一个缝隙或孔洞时，光的传播路径受到障碍物的影响，出现波面扭曲和扩散的现象。
这种衍射现象可以用夫琅禾费衍射公式来描述和计算。
菲涅耳衍射是指光线从无限远处射到一个远离光源的屏幕上，通过一个较窄缝隙或孔洞时产生的衍射现象。
在这种情况下，光的衍射可以通过傅里叶变换来解释，得到详细的衍射图样。
光的衍射现象在实际应用中有广泛的应用，例如光衍射测量、衍射成像和光栅。
二、和谐波和谐波是物体或系统在受到一个频率为f的激励时，产生频率为2f的振动的现象。
和谐波现象广泛存在于自然界和工程领域。
在光学中，和谐波是指当光通过一些特定材料或结构时，发生的倍频现象。
这是由于光与物质相互作用时，产生了非线性效应。
在非线性材料中，光的振幅和频率之间的关系不是线性的，使得原始光的频率倍增。
和谐波在激光技术、光通信和光学测量领域有重要应用。
例如，在激光器中，通过非线性晶体或非线性光纤可以实现和谐波发生，生成不同频率的激光光束。
三、反射光栅反射光栅是一种特殊的光学元件，用于调制和分散光束。
光栅通常是由许多平行的凹槽或凸起的结构组成，这些结构可以反射或折射光线，产生特定的衍射效果。
反射光栅的工作原理是基于菲涅耳衍射理论，根据光的波长和光栅的物理结构来调整和分散光线。
通过调整光栅的参数，例如周期、折射率和入射角度，可以实现对特定波长的光的分散和聚焦。
应用方面，反射光栅广泛应用于光谱仪、激光器和成像系统中。
相干衍射成像
5
学无止境
气有浩然
Ptychographic Iterative Engin浩然
Fourier Ptychography Imaging（频域扫描）
模拟程序演示
7
Dong S, Nanda P, Guo K, et al. Incoherent Fourier ptychographic photography using
相干衍射成像(CDI)介绍及总结
李显业
泽尼克相衬及其推广
相衬成像
差分干涉相衬成像
相位
成像
数字全息
参考光干涉式
相移干涉
定量成像
波前感知方式
光强传输方程
相干衍射成像
相位恢复理论
2
叠层发展
叠层迭代成像
傅里叶叠层
学无止境
气有浩然
相干衍射成像
(A) Plane-wave CDI; (B) Bragg CDI; (C) Ptychographic CDI; (D) Fresnel CDI; (E) Reflection CDI;(F)
Analysis, 2015, 38(2): 346-356.
Chen B, Abbey B, Dilanian R, et al. Diffraction imaging: The limits of
partial coherence[J]. Physical Review B, 2012, 86(23): 235401.
structured light[J]. Photonics Research, 2015, 3(1): 19-23.
学无止境
气有浩然
THANKS ALL！
of the Optical Society of America A, 1998, 15(6):1662-1669.
什么是二次谐波三次谐波高次谐波
什么是⼆次谐波三次谐波⾼次谐波供电系统中的谐波在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。
过去，谐波电流是由电⽓化铁路和⼯业的直流调速传动装置所⽤的，由交流变换为直流电的⽔银整流器所产⽣的。
近年来，产⽣谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。
所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最⼩。
1 谐波的产⽣在理想的⼲净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。
在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路⾥，流过的电流与施加的电压成正⽐，流过的电流是正弦波。
在实际的供电系统中，由于有⾮线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成⾮正弦电流。
任何周期性波形均可分解为⼀个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。
谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，⼆次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。
因此畸变的电流波形可能有⼆次谐波、三次谐波……可能直到第三⼗次谐波组成。
2 产⽣谐波的设备类型所有的⾮线性负荷都能产⽣谐波电流，产⽣谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电⼦荧⽕灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家⽤电器如电视机等。
(1)开关模式电源(SMPS)：⼤多数的现代电⼦设备都使⽤开关模式电源(SMPS)。
它们和⽼式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后⽤⼀种和所需的输出电压及电流相适合的⽅法输出所需的直流电流。
这对于设备制造⼚的好处是使⽤器件的尺⼨、价格及重量均可⼤幅度地降低，它的缺点是不管它是哪⼀种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，⽽只能汲取脉冲电流。
此脉冲电流含有⼤量的三次及⾼次谐波的分量。
(2)电⼦荧光灯镇流器：电⼦荧光灯镇流器近年被⼤量采⽤。
它的优点是在⼯作于⾼频时可显著提⾼灯管的效率，⽽其缺点是其逆变器在电源电流中产⽣谐波和电⽓噪声。
使⽤带有功率因数校正的型号产品可减少谐波，但成本昂贵。
相干衍射成像及相位恢复算法介绍
相⼲衍射成像及相位恢复算法介绍我写的玩具程序相位恢复：Ptychography：⽤的 fft2 和 ifft2 代替光的正向传播和逆向传播过程===================================================你们要是愿意从电磁学层⾯了解光的⾏为，那结果当然是更细致更精确的。
貌似下⾯这篇论⽂开头的章节对CDI的概况更全⾯些：相⼲光光强恢复相位的⽅法研究===================================================本⽂主要介绍相⼲衍射成像（coherent diffractive imaging，CDI），以及其中⽤到的各种相位恢复算法(phase retrieval algorithm)。
深⼊了解CDI，需要学习⼏何光学、傅⾥叶光学、泛函、最优化理论⽅⾯的东西。
要做出些东西来，相当熟练的编程技能也是少不了的。
传统⽅法测量微观结构，⼀般是⽤TEM得到⼀个衍射花样，然后推断得到样品的晶体结构。
CDI能⼲什么？CDI也是利⽤TEM成像，但是是上述⽅式的拓展和加强，做的好的话其所能达到的分辨率远超传统⽅法。
CDI的实验装置应该是：相⼲光源 -> 光阑 -> 样品 -> CCD相机光阑上⾯有孔，使得样品只有⼀部分被照亮。
⼊射光透过样品后变成透射光，透射光经过⾜够远的传播距离后发⽣衍射。
CCD相机⽤来记录衍射图样的光强。
相⼲光源是⽤来产⽣相⼲光的，产⽣的相⼲光⽤于照射样品，因此可称作⼊射光。
⼊射光透过样品后变成透射光。
已知的是：（1）光阑的形状和尺⼨，（2）CCD记录到的衍射图样的光强。
因为CCD相机只能记录衍射图样的光强，⽽衍射图样的相位信息⽆法记录，所以相位丢失了。
因此这个问题被称作相位恢复问题。
⽬标是：利⽤相位恢复算法，恢复出样品被照亮区域的图像。
（其实是记录衍射图样的或者叫波前wavefront的detector不⾏才会丢失相位。
什么是相干成像原理的应用
什么是相干成像原理的应用相干成像原理简介相干成像原理是一种用于图像获取和处理的方法，其基本原理是利用光的干涉性质进行成像。
相干成像可以提供高分辨率和高对比度的图像，因此在许多领域中得到广泛应用，包括医学影像、光学显微镜、无损检测等。
相干成像的优势相比传统的成像方法，相干成像具有以下优势：1.高分辨率：相干成像可以提供比传统成像方法更高的空间分辨率，可以清晰地显示细小结构和细节。
2.高对比度：相干成像通过使用光的干涉性质，可以提供较高的对比度，使得图像更加清晰。
3.无需透射光：相干成像不需要样品对光的透射，因此可以用于不透明的样品，例如金属。
4.非破坏性：相干成像对样品没有破坏性，可以对生物样品进行观察，不会造成伤害。
相干成像的应用领域医学影像相干成像在医学影像领域有广泛应用，特别是在眼科和皮肤科的诊断中。
相干光断层扫描成像（OCT）是一种基于相干成像原理的非接触式眼底检查方法，广泛应用于眼科疾病的诊断和治疗过程中。
通过OCT成像，医生可以清晰地观察到眼底血管、视网膜层次结构等细节，对疾病进行准确的诊断和治疗。
在皮肤科领域，相干光显微镜（OCM）被用于皮肤癌的早期检测和诊断。
OCM可以提供高分辨率的皮肤图像，帮助医生准确判断皮肤肿瘤的类型和深度，从而制定合理的治疗方案。
光学显微镜相干成像在光学显微镜中得到了广泛应用，特别是光学相干断层扫描成像（OCT）技术。
OCT技术可以提供高分辨率的三维显微镜图像，用于观察和分析生物组织的内部结构。
OCT技术在生物医学研究中被广泛应用，例如对血管、神经系统、眼部等组织进行非侵入性的观察和研究。
无损检测相干成像在无损检测领域有着重要的应用。
相干成像可以提供高分辨率的图像，用于检测材料内部的缺陷、裂纹等问题。
相干光域反射成像（OFDI）和光学相干断层扫描成像（OCT）是常用的无损检测技术，可以在航空航天、汽车制造、电子设备等领域中应用。
结论相干成像原理是一种利用光的干涉性质进行成像的方法，具有高分辨率、高对比度、非破坏性等优势。
相干衍射成像原理 PPT
相干衍射成像
相干光源照明条件下，通过物波衍射或干涉光场强度分布获取波前相位 信息实现二维或者三维物体成像的技术称为相干衍射成像（CDI）。
相干衍射成像(CDI )是从衍射分布中恢复出物体原图像的过程。物波光场 的复振幅函数有振幅和相位两部分组成，物波场的衍射或干涉光场的振幅信 息一般通过感光胶片或者数字图像传感器如CCD可以方便的记录其强度分布 获得，但是图像传感器不能直接探测波前的相位信息，恢复原图像即重建物 波函数需要同时知道其振幅信息和相位信息。
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的卷积可解阵列波前检测的原理如下所述： （1）让被测波前（具有非均匀的振幅和相位分布）先通过一个特殊设计的多针孔阵列抽样 板（CSSA）； （2）被抽样波前经过一个Fraunhofer衍射到达一个图像传感器（如CCD）的记录平面，由 CCD记录该Fraunhofer衍射光场的强度分布图样并输入计算机或图像处理器； （3）对所记录的强度图样做逆傅里叶变换得到该强度图样的空间频谱函数； （4）最后再通过一个与CSSA 对应的多针孔阵列抽样板对该频谱函数进行抽样滤波就可以得 到待测抽样波前的振幅和相位分布。 被抽样波前的Fraunhofer衍射图样也可通过在CSSA和CCD之间插入一个傅里叶变换透镜并将 CCD记录面置于傅里叶变换透镜的后焦面上来获得。由于从该 Fraunhofer 衍射光场强度图样的 逆傅里叶变换中求解被测波前在数学上等价于一个解卷积过程，因此我们将以上所用多针孔抽 样板命名为卷积可解阵列抽样板并将上述波前探测方法称为卷积可解阵列抽样法。该方法完全 不需要迭代过程。相位恢复过程也只在一幅衍射强度图像中进行，不涉及多幅图像的交互处理， 可实现二维波前的实时测量。
基于高次谐波X射线光源的三维纳米相干衍射成像技术
基于高次谐波X射线光源的三维纳米相干衍射成像技术麻永俊;李睿晅;李逵;张光银;钮津;麻云凤;柯长军;鲍捷;陈英爽;吕春;李捷;樊仲维;张晓世【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2022(71)16【摘要】相干衍射成像是近20年才发展起来的一种高分辨率计算成像技术.其原理是通过采集相干光照明时样品产生的衍射图样,使用相位恢复算法计算实现样品结构的三维(3D)成像.区别于传统成像技术,该技术具有多个显著优势:1)成像分辨率接近于照明光源波长;2)成像系统简单,无需使用成像镜头,成像系统通常由相干光源、样品和CCD组成;3)无相差、色差,极紫外光子利用率高:使用计算成像,避免了引入器件的折射、反射和吸收等效应造成的相差和色差以及光子利用效率下降.自上世纪末,基于大型相干极紫外和X射线光源的相干衍射成像技术发展迅速,已达亚纳米级分辨率.此后,随着飞秒激光高次谐波技术的成熟,相干极紫外和X射线光源的体积和成本大幅度降低,相干衍射成像技术得到进一步发展和推广.发展至今日,基于高次谐波的相干衍射成像技术已经成为一种有巨大应用潜力的纳米成像技术,为半导体材料和器件表面形貌、生物微结构及动态演化、半导体和量子器件的化学成分及浓度分布、物理或化学动态过程以及量子状态等领域的探测成像提供了一种有效的技术方案,并开始在高分辨率半导体检测领域中获得实际应用.相信不久的将来,基于高次谐波相干衍射成像技术将成为纳米量级显微成像技术的杰出代表,成为和现有的原子力、近场光学、X射线、电子以及隧道扫描等显微成像相媲美的主流技术.本文回顾了相干衍射成像及其照明光源技术的发展历程,介绍了相干衍射成像技术现状和发展趋势,然后说明高次谐波光源和相干衍射成像技术原理,最后重点介绍了几种可以利用高次谐波的高相干、短波长、短脉冲及梳状超宽谱特性的衍射成像技术:探针强度约束、反射模式、频闪照相、多模态叠层、单次曝光叠层、时间分辨多路复用叠层、角度扫描相敏成像等技术.【总页数】28页(P168-195)【作者】麻永俊;李睿晅;李逵;张光银;钮津;麻云凤;柯长军;鲍捷;陈英爽;吕春;李捷;樊仲维;张晓世【作者单位】中国科学院空天信息创新研究院光学工程研究部;中国科学院大学光电学院;大连海事大学信息科学与技术学院;电子科技大学自动化工程学院;成都金支点科技有限公司【正文语种】中文【中图分类】O43【相关文献】1.在强场中产生相干高次谐波的真空紫外软X射线源的进展2.基于非线性热扩散效应的亚衍射极限光声二次谐波显微成像技术3.上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探4.X射线(n,-n)双晶衍射抑制高次谐波实验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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毕业论文题目：衍射成像——高次谐波的应用学院：物理与电子工程学院专业：物理学毕业年限：2015年学生姓名：杜宁学号：201172010307指导教师：王国利目录摘要 (1)一、引言 (2)二、高次谐波的发射 (3)2.1高次谐波的发射机制 (3)2.2高次谐波的特点及应用 (4)三、实验机制 (5)四、结果与讨论 (6)4.1光源的产生 (6)4.2光源的空间相干性 (7)4.3衍射图像的采集 (8)五、图像分析 (9)六、总结 (11)七、展望 (11)参考文献 (13)致谢 (15)衍射成像——高次谐波的应用摘要：高次谐波是强激光与原子分子等介质相互作用而产生的一种相干辐射波，其具有从可见光到真空紫外甚至软X 射线光辐射的宽频区域，可以用作一种非常便捷的相干光源。
本文介绍了一个高次谐波在衍射成像中的应用实验。
在相干衍射成像中，用高次谐波作为空间相干光源照射要研究的样品，而被电荷耦合元件CCD (Charge coupled device)照相机所记录的衍射图像通过迭代相位恢复法来重构目标物体。
利用13.5 nm的谐波进行相干衍射成像，其空间分辨率可以达到200 nm。
关键字：高次谐波辐射，迭代相位恢复法，相干衍射成像Diffractive Imaging Using High Order Harmonic Generation Abstract: High order harmonic, which occurs in the interacion between an intense laser pulse and an atomic or molecuar medium, is a coherent radiation wave. High order harmonic can be used as a very convenient coherent light source because it has a broadband range from visible light to vacuum ultraviolet even a soft X-ray soure. In this article, we will introduce an experiment about high order harmonic apply in diffractive imaging. The sample to be investigated is illuminated with high order harmonic and the object is reconstructed from the diffraction pattern recorded on a CCD camera by means of iterative phase retrieval algorithms.A spatial resolution of ~200nm can be achieved if one use harmonic around 13.5nm to proceed the coherent diffractive imaging.Keyword: high order harmonic generation；iterative phase retrieval algorithms；coherent diffractive imaging一、引言相干衍射成像（Coherent diffractive imaging，CDI）是一种不需要光学元件（比如透镜组）来获得放大图像的成像技术[1-6]。
在相干衍射成像中，用空间相干光源照射要研究的样品，而被电荷耦合元件CCD (Charge coupled device)照相机所记录的衍射图像通过迭代相位恢复法来重构目标物体。
对这种成像技术而言，入射光的相干长度是至关重要的，并且要比样品的横向尺寸大。
另外，还需要设定实验的条件使得远场衍射图案满足夫琅禾费标准以及衍射图案的过采样，也就是说来源于最高空间频率的衍射峰必须在比尼奎斯特定理更高的速率下被采样。
由于没有物理透镜，这种方法可以使实验结果免于失常。
衍射成像技术的分辨率基本依赖于入射光的波长、能被探测的最大衍射角和CCD照相机的像素大小。
相干衍射成像技术已经通过使用多种的相干光源得到了成功应用。
这些光源包括同步辐射加速器[7]、自由电子X射线激光[8]、等离子体激光[9]和波长为30 nm的高次谐波辐射[10-12]等。
其中，强激光脉冲与原子或分子介质相互作用[13]而产生的高次谐波辐射可以提供高度的空间相干性。
而且，相比于同步加速器和X射线激光源，高次谐波辐射源能够成为更加便捷的光源。
由其本身产生机理所决定，高次谐波的带宽很宽。
然而图像重构的迭代方法通常需要完全的相干波场。
为了满足这个要求，通常使用具有狭窄带宽的光学元件（如单色仪）来选择得到某一阶谐波。
然而，这会导致样品上的入射光通量显著减少。
利用尽量多的谐波辐射通量可以保证采集时间尽量短，进而避免谐波源可能的长期不稳定性。
人们发展了传统的衍射成像法使得复色光[10]也能被用于相干衍射成像，而且人们已经使用30 nm附近的谐波成功进行了实验[11,12]。
由于分辨率是和入射波长成反比的，照射光波波长越短，分辨率越高。
为了追求更高分辨率，在Dinh等人[1]的高次谐波在衍射成像中的应用实验中用一些在13.5 nm光谱范围比其他范围拥有更高的光通量的谐波进行了衍射成像实验。
为了获得这样的入射光，实验中使用了在13.5 nm处拥有狭窄带宽的多层光聚焦反射镜，这样就可以产生狭窄光谱范围的照射光并且提高在样品上的光子通量密度。
本文系统地介绍了高次谐波的理论研究及其应用，并且详细介绍了用高次谐波作为相干光源来实现相干衍射成像的实验。
论文内容的具体安排如下：第二部分主要介绍了高次谐波的发射机制以及它的特点与应用前景。
第三部分介绍了本次相干衍射成像实验的实验装置图以及实验设定的参数。
第四部分对实验中出现的问题以及需要注意的地方给予了解释说明。
第五部分对实验所得的衍射图样进行了分析。
第六部分是对整篇文章的总结以及展望。
二、高次谐波的发射2.1高次谐波的发射机制当光强达到1014W/cm2量级的飞秒激光脉冲照射到原子或分子气体靶，激光的电场强度达到甚至超过了原子内部的库仑场强，此时，除了发生强场电离外，还能发射出频率为入射激光频率整数倍的电磁辐射，这种光波辐射称为高次谐波发射。
高次谐波谱具有如下特征：低阶次谐波的强度随着阶次增加迅速下降；接着谐波发射谱出现了一个平台，在该区域的谐波强度随谐波阶次的增加而下降缓慢甚至几乎不变，高次谐波发射谱中平台区的出现，是微扰理论不能解释的；最后，在某一阶次谐波附近，谐波的强度迅速下降，被称为高次谐波的截止位置。
图1 高次谐波的特点示意图1993年，Corkum提出了高次谐波产生的半经典“三步模型”。
半经典三步模型理论能简洁、清晰地给出高次谐波发射的物理图像。
图2“三步模型”示意图。
①电子波包在外激光场作用下有一部分发生电离；②电离电子在外场下被加速；③当激光反向时部分电子回到母核，跃迁回基态并放出高能光子。
“三步模型”理论可以用图2清晰的表示：初始电子处在基态，概率分布主要集中在原子核附近，当激光脉冲达到时，压制了库伦势，电子可能发生多光子电离或者遂穿电离进入到连续态，即发生第一步的电离过程，这一步中电子的行为可以看成是量子的；第二步，达到连续态的电子可以看成是自由电子，在外激光脉冲的振荡中获得额外的动能，也叫颤动动能。
此过程中电子是准自由电子，激光脉冲看成是随时间变化的经典电场，因此可以用经典的牛顿运动方程来描述；第三步，当激光脉冲的电场方向改变时，部分电离电子返回到母核附近，有一定几率跃迁回基态并放出高能光子，即发生高次谐波辐射。
谐波的最高能量等于原子的电离能加上电子在外激光脉冲作用下获得的最大动能，恰好与实验得到的经验规律一致。
为了方便计算，对“三步模型”作了如下的假设：（1）电子在电离时刻t0的位移和速度为零，即x(t0)=0，v(t0)=0；（2）电离后的电子，忽略库仑势对电子的影响，只跟外激光场有关；（3）电子反向后，能够无限靠近母离子，即可以回到母核位置。
半经典三步模型理论自提出以来被人们普遍地接受，并用来预测谐波截止位置等。
2.2高次谐波的特点及应用高次谐波研究的主要意义在于它广泛的应用前景。
首先，利用高次谐波辐射人们可以获得相干的、脉冲持续时间短的极紫外高频段辐射源和X射线源。
目前，利用超短超强激光脉冲与惰性气体介质相互作用产生的高次谐波已经成功地进入了“水窗”波段，因为该波段可以将水分子作为背景直接观察生物细胞内的其他分子动态，这对于活的生物细胞和亚细胞结构的无损伤三维显微成像具有重大意义[14]。
此外，由于高次谐波辐射脉冲持续时间可达到飞秒量级且具有频带窄、波长可调谐的特点，所以它在一些需要高的时间和空间分辨的微观快过程研究领域有着更加广泛的应用与前景，例如激光等离子体诊断、原子内壳层的光电离和双光子电离、材料科学和化学中的表面物理和化学、半导体的全息光刻、原子团簇的电子和几何结构等。
其次，实验上合成阿秒脉冲的最有效方法是利用高次谐波发射。
阿秒脉冲是目前能获得的脉宽最短的激光脉冲，具有瞬间功率高，聚焦能力强等特点，为进一步探究物理微观世界提供了更方便的条件。
强场高次谐波由于辐射谱呈现平台区以及平台区谐波有规律的等频率间隔分布的独特优点，成为突破阿秒界限的首选光源。
一旦突破阿秒界限，人类有可能实现原子尺度上观测和操纵物理化学过程，将超快过程的测量范围扩展到各种物质形态中电子的运动过程，如复杂分子中的电荷跃迁、分子中价电子的运动状态等。
第三，高次谐波的研究对强场物理的研究有着强大的推动作用。
由于强激光脉冲的飞速发展，人们利用台式激光器，获得的电场强度已经可以达到甚至超过原子单位电场强度，破坏了微扰理论应用的前提。
这些强场的实现直接推动着微观物理学的发展。
研究强场物理学的目的是发现物质在（超）强外场这种极端物理条件下所辐射的各种强场效应（比如高次谐波辐射）以及建立和发展新的非微扰理论来解释这些强场效应。
高次谐波辐射的实验和理论研究是检验强场物理理论合理性的一个重要工具，同时也为强场物理理论奠定了新的基础，因此，高次谐波已成为当前强激光场物理中最具活力的研究方向。
三、实验机制在Dinh等人的高次谐波在衍射成像中的应用实验中，高次谐波辐射所需要的激光脉冲是由1kHz多阶多道的啁啾脉冲放大器系统产生的，激光脉冲的能量为10 mJ、中心波长为810 nm、宽度为30 fs。