LCOS头盔微显示器光学系统设计

二元衍射光学元件作为一种成像元件具有任意相位分布、特殊色散、平像场、温度稳定等性质,同折射元件相结合可以实现许多传统成像光学不能达到的目标.本文设计一个用于0.56″LCOS头盔显示器的光学系统.该系统由三片折射透镜和一个二元衍射面构成,具有10 mm出瞳直径和20 mm眼点距.同传统光学系统相比较,该折/衍混合系统具有更长的工作距离和更好的成像质量,中心视场在35 lp/mm处的传递函数值大于0.4.     

突破衍射极限的远场光学成像方法

随着人们对微观世界探索的不断深入,在纳米科技和生命科学等领域要求成像系统的分辨率达到微纳尺度.远场成像技术具有工作距离远、无损伤等优点,但由于衍射极限的存在,限制了其往更高分辨率方向的发展,因而突破衍射极限的远场成像技术成为了研究的热点.介绍了突破衍射极限的基本原理,综述了近年来通过非线性效应、特殊光照明、耦合元件和微球收集倏逝波突破衍射极限的远场光学成像方法,阐述了其在生物成像领域的应用,最后给出了突破衍射极限的远场成像的发展趋势.     

可见光波段衍射光学元件衍射效率测量

本文简要介绍了衍射光学元件衍射效率的理论计算原理,给出了一些衍射效率的测量方法;在此基础上设计了一套实用的衍射效率测量系统,并针对一个中心设计波长为546.1nm,F数为4的折衍射混合透镜进行测试,给出了测试结果和分析;此测试系统对衍射光学元件的设计加工具有实际意义.     

二元光学元件分析方法概述

作为 90年代的光学 ,二元光学具有广泛的应用前景。根据元件特征尺寸及观察衍射场离衍射元件的远近 ,二元光学元件的分析方法有两种 ,标量衍射分析法和矢量衍射分析法。本文详细介绍了两种方法及其具体应用范围 ,并对其及各种所属方法进行了图表概括     

二元光学元件分析方法概述

作为90年代的光学,二元光学具有广泛的应用前景。根据元件特征尺寸及观察衍射场离衍射元件的远近,二元光学元件的分析方法有两种,标量衍射分析法和矢量衍射分析法。本文详细介绍了两种方法及其具体应用范围,并对其及各种所属方法进行了图表概括。     

寒地居住区日照质量改良光学折射模型

为了改善寒地居住区日照不足状况,运用寒地居住区日照质量改良模型和光学折射原理,通过光学折射元件使太阳辐射转移到寒地居住区场地阴影区,扩大场地日照范围,改善日照质量．光学仿真模拟结果表明理论模型具备可操作性,并对关键参数进行验证与优化,初步确定模型的主要元件参数,推算动态日照时段下设备工作运行轨迹．寒地居住区场地日照质量得以改良,能够提高既定城市用地的建设容积率,使其开发使用效率得以提升,进而节约城市建设资金．     

空气间隙对多层衍射光学元件衍射效率的影响

基于多层衍射光学元件的衍射效率表达式,推导出多层衍射光学元件空气间隙与其衍射效率的数学关系,并建立其关系的数学模型。基于其数学模型,分析了空气间隙、周期宽度、工作波长对多层衍射光学元件衍射效率的影响。以8~12μm波段的多层衍射光学元件为例,其基底材料分别是硫化锌（ZnS）和硒化锌（ZnSe）,以特定周期宽度研究了多层衍射光学元件空气间隙大小对其衍射效率的影响。     

菲涅耳衍射变换及其在二元光学设计中的应用

导出菲涅耳衍射的逆运算表达式，定义菲涅耳衍射变换，并基于二元光学设计的Gerch-berg—Saxton(GS)算法，将菲涅耳衍射变换用于二元光学元件的设计，给出对产品表面作激光标记的光学元件的设计实例．     

二元光学元件在微光夜视物镜中的应用研究

利用二元光学元件独特的色差特性,将其引入到微光夜视物镜中,得到视场为12.2°、相对孔径为1.507、焦距为84.375mm、长度为88mm、而重量仅为83.5g的光学系统。针对衍射元件衍射效率对系统像质的影响,对系统的传递函数进行了修正。相对于传统光学系统,该系统不仅成像质量高,而且尤为轻便,非常适合军用步枪瞄准器等对重量要求苛刻的小型微光夜视仪的使用。     

二元光学元件衍射效率的分析与计算

衍射效率对于二元光学元件是一个非常重要的概念 ,也是一个重要的器件性能指标。从理想的锯齿形相位轮廓入手 ,利用标量衍射理论 ,分析并导出锯齿形一维位相光栅的衍射效率的计算公式。进而讨论在二元光学技术中 ,以台阶状的轮廓逼近锯齿形相位轮廓的机制 ,构造台阶状光栅的相位轮廓函数 ,从而导出其透过函数和角谱 ,得出二元光学元件衍射效率的理论公式 ,并对不同台阶数的二元光学元件的衍射效率进行了计算     

径向偏振光束的聚焦整形及应用研究

针对径向偏振光束进行聚焦整形的问题,通过调整入射光束的参数、透镜的数值孔径以及衍射光学元件的结构,对调控光束聚焦场的强度分布进行了理论分析,提出了一种利用衍射光学元件对径向偏振光束进行聚焦整形的方法。结合实际应用的需求,设计了2种衍射光学元件,实现了超小光斑及长焦深和光链结构的聚焦场分布。数值模拟结果证实了设计的合理性。     

二元光学器件光刻掩模的设计与制作

针对红外折/衍混合光学系统中八台阶二元光学器件以及套刻制作的特点,采用相位转化的方法对光刻掩模进行了结构参数的优化设计。探讨了掩模制作的工艺过程,采用激光直写方法制作出三块不同参数的掩模。同时,对关键技术环节进行了研究,并对掩模制作误差进行了分析。     

衍射复眼望远镜系统光学特性分析

衍射复眼望远镜是将衍射物镜和按生物复眼结构排列的目镜组结合在一起的新型空间光学成像系统。文中首先介绍了该系统的结构特点,根据衍射物镜的衍射效率计算公式,在ASAP软件中对设计波长下的子目镜系统进行了分析,证明该系统视场角可扩展至±2°;对非设计波长λF下系统的成像信噪比进行详细分析,其中0通道子目镜中心和边缘视场信噪比分别为57.19dB、47.2dB,其它通道相应信噪比均有所下降。在物镜、目镜分离情况下,对非成像光源、由机械结构产生的二次杂光进行了分析。综合分析表明,系统在±2°范围内可成清晰图像,且图像中心信噪比高于边缘。最后,通过实验分别对中心和边缘子目镜系统成像,证实了上述分析结果的正确性。     

长焦物镜折衍混合式平行光管设计

阐述了传统平行光管与折衍混合式平行光管的设计方法比较,给出了折衍混合式设计的优化结果。经分析,优化后的设计在点列图、光学传递函数和像差曲线等方面均明显好于传统设计方法,对其它大孔径平行光管的设计具有很强的参考价值。     

光学元件亚表层损伤检测和规律研究

为了分析光学元件的加工工艺与亚表层损伤的关系,验证亚表层损伤/表面粗糙度比例预测模型的正确性,探索一种能够快速检测亚表层损伤的方法.文中基于激光散射和共聚焦显微成像理论,分析了共聚焦显微系统测量亚表层损伤的可行性;对三种不同工艺加工的光学表面,利用OPTELICS S130五波长共聚焦显微镜获得光学表面亚表层损伤的三维立体图和纵向数据图,在TalySurf CCI上测量了光学表面的粗糙度,分析了加工过程中磨粒直径变化规律对表面粗糙度和亚表层损伤深度的影响,验证了亚表层损伤深度和表面粗糙度之间呈单调递增了的非线性关系.研究结果表明,共聚焦显微成像技术可以实现亚表层的非破坏性定量检测.     

折／衍混合民用车载大像面长波红外消热差镜头设计

为满足民用车载红外视觉增强系统的迫切需求,针对384×288型像元尺寸为38μm×38μm的非制冷探测器,利用衍射元件的光热特性采用光学被动式消热差方法设计了一个折／衍混合大像面长波红外消热差镜头,介绍了折／衍光学元件的温度特性及设计消热差系统的原理。通过合理的选择衍射面的基底材料,用CODEV对系统进行优化设计。设计结果表明：系统在工作波段8～12肚m,f=21mm,F数为1．4时在-40℃-80℃的温度范围内调制传递函数MTF大于O．3,符合消热差系统的条件。     

螺旋型波带片成像的空间分辨率研究

研究了1阶螺旋型波带片(SZP)的聚焦特性,提出了一种数值计算SZP空间分辨率的方法。通过数值计算获得SZP的聚焦特性曲线,计算出SZP对刀边图形的响应曲线,根据响应曲线并结合光学相干叠加原理,确定SZP的空间分辨率。理论分析得到模拟计算和实验结果的验证。     

红外投影系统光学被动无热化设计

针对红外成像系统的检测和评估需求,基于光学被动消热差原理,设计了一套用于中波红外仿真系统的投影系统。讨论了红外仿真系统所用投影光学系统的设计思想和设计方法,并对最终的成像效果进行了分析。该系统焦距为250mm,F/2.5,视场角为±2°,总系统长度500mm。依据二次成像系统的设计方法,实现了100%冷光阑效率,且其调制传递函数在17lp/mm处接近于衍射极限,能在-20℃~60℃范围内无需调焦便可保证成像的稳定性,具有分辨率高、均匀性好、可加工性强等优点。     

长波制冷型热像仪光学系统设计

根据制冷型热像仪的技术要求,从机电补偿式消热差出发,设计了一套三片式、结构紧凑、质量较轻的制冷红外热像仪光学系统。热像仪工作波段为8μm～12μm,光学系统焦距50mm,F数为1.7,视场11.2°×8.2°。光学系统的成像质量接近衍射极限,在探测器的Nyquist频率处各视场的MTF值均大于0.5,各视场的弥散斑直径小于0.05mm,满足热像仪的成像要求。