用于非球面检验的激光直写高精度计算全息图制作

为实现高精度非球面的面形误差检测,对激光直写计算全息图(CGH)的关键技术进行研究。以获得最小线宽偏差为目的,通过基础工艺实验,探究离焦量对光刻胶上线宽的影响;研究湿法刻蚀过程对不同线宽引入的展宽规律;分析线宽误差与位置误差关系,得到CGH不同周期位置误差引入的波前误差。根据实验结果,制作最小线宽1.8 mm,直径80 mm的振幅型CGH。检测结果表明,波前误差均方根值为0.011l,达到l/100量级,可用于高精度非球面的检测。     

硅基液晶投影系统的LED光源照明系统设计

硅基液晶(LCOS)空间光调制器件的特点是反射光成像,要求照明光束发散角小,均匀性好。对此,设计了由抛物型反光碗、复眼透镜、偏振分光棱镜、聚光镜等组成的用于LCOS的照明系统,对抛物反光碗以及复眼透镜各参数的设计原理做了详细分析,具体包括光源出射角度,光源的总体长度,所需均匀照亮的尺寸,抛物反光碗各参数对出射角度的影响,其实现原理主要包括复眼透镜匀光理论。设计要求光源出射角度小于10°,总体长度为220 mm,均匀照明面积为20 mm×20 mm,最后给出聚光透镜组的设计结果,使光线聚焦到LCOS表面,照度值要达到0.35 lx/m2,其不均匀度在15%以内。进一步使用Lighttools软件,对其进行仿真,由照度曲线图和照度栅格图可知,设计结果满足设计要求。     

基于迭代方法的补偿器系统设计

针对F数为4的高次非球面,设计了一套基于平行光束照射的高精度补偿器。系统工作波长为632.8 nm,设计残差为0.0018λ。提出了求解两片检测透镜组成补偿器初始结构的新方法。该方法合理假设补偿器部分结构参数,通过判断补偿器与非球面的Seidel系数之和最小获得未知参数。比较非球面在补偿器第一面位置处的高斯像高与假设的入射平行光高度,通过MATLAB迭代计算得到高度差小于预设误差,进而确定平行光入射高度。重新复算得到最终的初始结构。最后将迭代计算得到的各个面Seidel系数和ZEMAX给出的结果进行比较,证实了该方法的可靠性。     

硅化铂红外焦平面探测器性能改进技术分析

硅化铂红外焦平面探测器具有响应光谱宽、规模大、均匀性好、时间稳定性高、制造成本低等优点,在多/宽光谱成像、激光探测、天文观测、医疗检测等领域具有应用潜力,但NETD 100 mK 的灵敏度对其广泛应用有一定的限制。文中从该探测器的量子效率和填充因子两方面总结和分析了国内外的改进技术,重点分析了光腔结构、多孔硅结构、重掺杂P+和合适硅化铂膜厚提高量子效率的机理,并定量比较了提升幅度:多孔硅结构提升幅度最大,在波长4 m 处的量子效率可达27%;相比内线转移CCD,电荷扫描器件、曲流沟道CCD 和混合读出结构均能改善填充因子,其中混合读出结构的填充因子可提高为80%。微透镜列阵能将填充因子提高到85%以上。     

多模光纤激光靶面辐照匀滑特性研究

研究了基于光纤放大网络的激光惯性约束核聚变的靶面光场的均匀特性,采用透镜阵列匀滑多束多模光纤激光器集束后的光场,设计了合适的透镜阵列并进行相应的实验,获得聚焦后靶面处的极小光斑,其靶面光场顶部区域RMS(Root Mean Square)低于5%。同时实验上研究了靶面位置和集束激光器数目对匀滑效果的影响,合适的靶面位置和增加集束激光器数目能明显的改善匀滑效果。     

吸收涂层法抑制龙虾眼透镜杂散光

龙虾眼光学的灵感来自于生物界中龙虾眼睛独特的结构形式。龙虾眼透镜的像点是十字形分布,由焦臂、焦点组成,在光波段应用存在明显的背景杂光,严重制约了其应用。通过对龙虾眼透镜的聚焦过程进行分析,提出了使用吸收涂层法对龙虾眼透镜杂散光进行抑制,综合运用末端涂层法和贯穿涂层法消除十字焦臂及背景光从而抑制杂散光。通过使用杂光分析软件进行建模对比分析表明,在不降低中心焦点照度的前提下,使用吸收涂层可以显著抑制龙虾眼透镜的杂光。背景杂光水平降低约一个数量级,而十字焦臂弥散减小并且强度下降约40%。从而可以明显提高信噪比与图像的对比度。     

复眼式UV-LED面光源的曝光机平行光系统

印制电路板生产设备紫外线曝光机的光源系统,其能耗大、使用维护成本高、含汞等缺陷,在倡导节能环保的当今,业界一直致力于改进。UV-LED面光源作为新一代绿色环保紫外线光源,为印制电路板曝光领域带来革命性的变化。文章通过分析传统平行光紫外曝光机光学系统特点,设计了一种平行光紫外线曝光机适用的UV-LED面光源系统,UV-LED灯珠光功率利用率大幅提高,光照均匀性优良,并且不改变曝光机结构的情况下,可直接安装使用。实验表明,采用了复眼式阵列光学透镜结构设计的UV-LED面光源系统,完全可替代传统平行光紫外曝光机光源。     

注射与注射压缩成形工艺对精密透镜面形偏差及光学畸变影响的对比研究

为提高精密聚合物透镜模组的光学性能,以大直径非球面透镜为研究对象,分析了注射与注射压缩成形工艺透镜面形偏差的差异,并通过透镜模组成像计算研究了透镜面形偏差对模组光学畸变的影响规律。结果表明:注塑成形工艺因素导致透镜面形偏差且分布不均匀,注射压缩成形工艺能够有效降低透镜面形偏差;单个透镜的面形偏差大小与模组光学畸变性能优劣并不完全呈正相关,模组网格畸变与TV畸变随透镜面形偏差的降低而减小。透镜模组中各透镜的光学功能与面形特征相互耦合,仅降低透镜的面形偏差无法提高透镜模组的整体成像性能,需要综合考虑模组中各透镜的功能、性能指标要求与面形特征等因素,建立与具体成像指标相关联的透镜面形偏差评价标准。     

衍射型激光扩束器的保真度研究

针对传统的二次非球面折射型激光扩束器存在不易加工、装调困难、体积大、重量大,特别是难以获得高填充比阵列透镜等不足,提出了一种利用衍射型台阶化面型近似二次非球面的激光扩束器方案,结果表明:对于典型的束腰半径为2mm的高斯光束,衍射型激光扩束器可实现2.8倍的理论扩束比。为了保持扩束过程中激光模式的稳定性,提出了不同区域给定不同台阶数的两类复合结构,解决了扩束过程中保真度和二元衍射元件加工特征尺寸无法同时满足的问题,改进后的系统保真度达95.82%,各区域最小光刻线宽均大于2μm,能够满足现有光刻加工技术要求。对影响系统保真度主要误差的分析结果表明:离轴误差在-1~1mm,目镜和物镜倾斜误差分别小于0.1mm和1.68mm时,系统保真度仍大于95%,方便装调。     

衍射微透镜阵列用于面阵半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对面阵半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了非成像型微透镜阵列光束匀化系统,并对其进行了实验验证。当衍射微透镜的口径为0.125mm,相对孔径为0.1,相位台阶数为8时,测得焦斑在快轴方向的不均匀性为12.34%,能量利用率为96.6%;慢轴方向的不均匀性为5.42%,能量利用率为95.74%。实验结果与理论模拟的结果吻合,验证了衍射微透镜阵列光束匀化系统模型的可行性。