基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜

针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。     

光栅的小间隙衍射及倍频效应

推导出光栅在平行光照射下,距光栅出射面的间隙为z(泰泊距离内)处的光强分布函数。通过计算机绘制出不同间隙处的光能分布曲线。发现间隙在P~2/2λ处的“倍频”效应。找到了光栅开口比为0.3左右时的最佳“倍频”效果。所有上述结论都有实验加以证实。     

双波长集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种基于双波长激光的集成光栅干涉位移检测方法,利用该方法对硅-玻璃键合工艺制作的集成光栅位移敏感芯片进行了测试实验。实验系统主要由敏感芯片、波长为640nm和660nm的双波长半导体激光器、双光电二极管及检测电路组成,敏感芯片则由带反射面的可动部件和透明基底上的金属光栅组成。入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动部件与光栅之间的距离变化,通过分别测量两个波长的衍射光强信号并交替切换选取灵敏度较高的输出信号,实现了一定范围内的扩量程位移测量,并得到绝对位置。实验结果表明,利用双波长集成光栅干涉位移检测方法测得敏感芯片可动部件与基底光栅的初始间隙为7.522μm,并实现了间隙从7.522μm到6.904μm区间的高灵敏度位移测量,其噪声等效位移为0.2nm。     

光栅发讯器莫尔条纹光强分布及位移——光强关系

<正> 光栅发讯器莫尔条纹光强分布及位移—光强关系,在很大程度上决定了光电转换器件输出信号的幅度,波形及信号调制度等重要性质。本文推导了莫尔条纹光强分布及位移—光强关系的普遍表达式,并分别对光闸式,游标式及横向莫尔条纹进行了讨论。从光强表达式引出的莫尔条纹几何参数与文献(1)完全一致,从而把莫尔光强分布与几何计算统一起来。本文只讨论振幅光栅,光栅具有较长的空间周期与不变的空间频率,由平行的均匀的非相干光垂直入射,光栅组间无间隙或具有小间隙,光电器件直接接收从光栏出射的莫尔光强。     

激光多普勒离面振动测量的研究

提出了一种新型可辨向激光多普勒离面振动测试仪,计算并分析了激光多普勒技术的双相检测和矩形光栅的衍射光强分布.采用相位光栅作为光学混频器件,消除了信号的相互干扰,提高了测量的信噪比并充分的利用了光能.实验结果表明,该系统能有效地实现可辨向离面振动的测量,测量距离范围广,并可获得较高的精度.     

制作平面全息光栅的离轴抛物镜/洛埃镜干涉系统

设计和制作具有较高波前平面度和结构稳定的干涉曝光系统是研制高质量平面全息光栅的首要条件.对离轴抛物镜/洛埃镜系统、单透镜/洛埃镜系统、球面反射镜/洛埃镜系统和双分离透镜/洛埃镜系统等4种单反射镜干涉曝光系统产生的干涉条纹直线度进行了光线追迹.在干涉场中放置标准光栅,使用于曝光的两束平行光入射到光栅上,从而衍射光相干叠加...     

一种可控曲面光栅的研制

提出了一种制作曲面变间距光栅的方法。首先在平面基片上制作光栅,然后通过一种高分子材料(PDMS)作为载体将光栅转移到曲面上,而事先涂在曲面上的混合溶胶-凝胶取代了传统的光刻胶,使得光栅的制作效率大大提高。采用这种方法在曲率半径为100 mm的凹球面基底上制作了平均线密度为80 l/mm的光栅,并用环境扫描电镜以及数字图像处理法检测了光栅的线密度分布。检测结果表明:光栅质量好,条纹清楚,衍射效率也没有降低。所制曲面光栅具有平面光栅和透镜两种光学器件的功能,可用曲面变间距光栅一种光学元件取代透镜和平面光栅两种光学元件,简化了光路,提高了制作效率,降低了成本。     

一种基于切趾波带片产生局域空心光束的新方法

根据相移切趾器原理设计了七环π相移切趾波带片,准直光束经波带片与透镜聚焦后产生局域空心光束。理论上根据标量衍射理论研究局域空心光束的光场分布,并对其光强分布进行仿真,证明光束的三维"密闭性"。实验中基于空间光调制器与透镜相位得到暗斑最大半径为50.4μm的局域空心光束,且光强为零,其实验结果与理论分析基本吻合。     

凸面光栅Offner结构成像光谱仪的傅里叶分析

用傅里叶光学对凸面光栅Offner结构成像光谱仪的光学系统进行了分析;给出了当探测器的接收面放在负一级光谱像平面上时的光强分布公式,建立了探测器接收面上的光强分布与地面目标的空间信息及光谱信息之间的一一对应关系。在此基础上可以对目标进行直接分析。     

光栅二次衍射及其在精密定位中的应用

本文描述了平行光束经两个光栅依次衍射后的强度随着两个光栅的相对位移而发生变化,分析了光栅间距与这个变化的对比度的关系。提出了一种基于调制搜索原理检测二次衍射零级光强实现高灵敏度、亚微米级精密定位的方法,给出了灵敏度0.1μm,重复定位精度0.2μm 的实验结果。     

基于VC++的夫琅和费衍射仿真

根据夫琅和费衍射与傅里叶变换的关系,利用VC++语言强大的科学计算功能计算了单缝、矩孔、圆形孔衍射平面的夫琅和费衍射光强分布,分析其光强分布特征,以及ORIGIN可视化功能验证了上述数值计算结果的正确性。     

基于双环形旋涡相位调制的多焦点产生

为提高光学显微成像及微粒控制的效率,提出一种通过双环形旋涡相位板对入射光为拉盖尔高斯柱矢量光束进行波前相位调制的多焦点产生方法。通过Debye矢量衍射理论分析了该相位板对焦点区域光强分布的影响。分析表明,经调节内外环旋涡相位拓扑数及内环的半径,可以对焦点区域光强分布进行整形,在焦平面上产生多焦点,而且通过改变入射柱矢量光束的偏振态,可以进一步得到光场由轴向分量为主的多焦点及由横向分量组成的多焦点。通过改变旋涡相位板的拓扑数及光束的参数,可以达到对光斑的数量的控制。这对于捕捉折射率高于周围环境折射率的微粒具有重要的应用价值。     

紫外平面刻划光栅杂散光数值分析及测量方法

杂散光是光栅的重要技术指标,它直接影响光栅的信噪比,尤其紫外波段的杂散光对光谱分析更为不利。为了考察平面刻划光栅在光谱仪器中使用时产生的杂散光,采用基于传统Fresnel-Kirchhoff衍射方程导出的杂散光相对强度表达式,数值分析了杂散光产生的原因。数值模拟结果表明,紫外平面刻划光栅刻槽周期随机误差以及刻槽深度随机误差是杂散光的主要来源,而光栅杂散光对光栅表面小尺度随机粗糙度并不敏感。另外,提出了平面光栅光谱仪出射狭缝相对宽度的概念,并数值分析了仪器出射狭缝高度及出射狭缝相对宽度与杂散光强度的关系。此理论分析方法分别为如何在光栅制作工艺中从根源上降低光栅杂散光以及在光栅应用过程中从使用方法上降低光栅杂散光提供了理论参考依据。最后,为了与采用滤光片法测得的光栅杂散光实验值进行比较,给出了理论求解杂散光总强度的求和公式,并对四个不同波长的杂散光进行了多次测量,使理论值和实验值的相对误差控制在13%左右。     

聚合物分散液晶（PDLC）光开关研究

聚合物分散液晶材料具有电控开关特性 ,利用材料的这一特性制成聚合物分散液晶光栅则具有衍射特性的电场可调性。理论和实验表明 ,采用一定的材料配方和工艺 ,可以获得理想的聚合物分散液晶全息光栅 ,若干个不同频率的光栅叠加可以制成实现多点光切换的光开关     

集成双光栅干涉微梁位移测量方法

介绍了一种基于集成双光栅干涉和CCD图像测量的微梁位移测量方法,并利用相位差约为π/2的一组光栅实现了扩量程位移检测。利用表面牺牲层工艺制作敏感芯片,在玻璃基底上刻蚀深度约为入射激光波长1/8的凹槽,凹槽上下的两组光栅与正上方对应的梁分别构成两组相位敏感集成光栅单元。利用1级衍射光将集成光栅单元成像在CCD靶面上,梁的位移变化通过CCD图像上对应光斑的灰度值变化来反映。实验结果表明,虽然玻璃凹槽腐蚀深度的误差导致光栅之间的相位差偏离π/2,但所制作的集成双光栅结构实现了多周期的扩量程位移检测,通过接近π/2相位差的两个光栅得到的光强信号的错峰使用,避免了干涉法正弦位移检测信号的峰谷不灵敏位置,实验测得微梁的位移变化为650nm。     

掩膜立体成型中平行光边缘衍射问题分析

利用Matlab对菲涅尔平行光直边衍射问题作了定量的分析,计算了幕上直边挡板边缘处的相对光强及衍射光能到达阴影处的极限坐标;详细分析了屏上的相对光强分布以及光强的走势及复色光的边缘衍射问题;利用Matlab对菲涅尔积分的处理推广了科纽卷线的应用,而对复色光边缘衍射问题的研究则实现了衍射光在边缘处的光强的大致平均分布。     

表面等离子体激元透镜设计及其数值计算

提出了一种新的表面等离子体激元透镜的设计方案,该方案通过在两个亚波长小孔的外表面放置电介质光栅实现对入射光束的有效会聚。利用遗传算法研究了波导中表面等离子体激元的色散关系,结果表明,通过调节亚波长小孔的宽度和介电常数可以有效地调控有效折射率,从而实现对亚波长金属平板波导结构中表面等离子体激元传播特性的调控。利用时域有限差分方法(FDTD)结合完美匹配层(PML)边界条件数值模拟了此结构中的光场分布,讨论了光栅周期数对成像特性的影响,从而深入理解了纳米聚焦效应的物理机制。结果显示,随着表面光栅数的增多,焦距和焦斑大小都在增加。光栅数从5增加至11时,焦距由1.715μm增大至2.325μm,焦斑大小由0.615μm增大至1.715μm,这一结构有可能被用作未来集成光路中的纳米聚焦器件。     

Study of the focused laser spots generated by various polarized laser beam conditions

In this work, three‐dimensional near‐field imaging of the focused laser spot was studied theoretically and experimentally. In the theoretical simulation, we use the electromagnetic equivalent of the vectorial Kirchhoff diffraction integral to calculate the intensity distribution of the focal region, and a high depolarization is found in high numerical aperture systems (NA = 0.85). The experimental set‐up is based on a near‐field scanning optical microscope (NSOM) system. A high‐NA objective lens is used to focus incident light of various polarizations, and a tapered near‐field optical fibre probe of the NSOM system is used to determine the intensity of the focal field. The results show an asymmetric distribution of the focused intensity with the linear polarized laser beam.     

二维零位光栅自动纳米定位系统

搭建了能够在二维方向上实现纳米级定位的二维自动定位系统。首先,加工了栅格间距为5 μm的64×64编码的透射式二维零位光栅;然后,分析设计了光栅系统光电转换电路和数据控制电路,实现了系统数据采集、显示和运动控制等功能。在此基础上搭建了基于二维零位光栅的纳米定位系统,并利用积分法实现了二维方向的自动定位。实验结果表明,系统定位速度对透射光强分布具有很高的依赖性,系统一次定位的成功率与初始位置密切相关。若起始位置在以零位为中心,半径为2.5 μm圆形区域内,系统可实现纳米量级定位对准;当起始位置在以零位为中心,5~200 μm为半径的圆环范围内,自动定位可能存在盲点,但通过改变初始位置重新进行搜索,仍然能够准确地实现纳米定位。     

Alignment measurement of two-dimensional zero-reference marks

Alignment with submicron or even nanometer scale resolution is of vital importance in precision engineering. By superimposing a pair of specially coded two-dimensional gratings, the correct alignment position of the two gratings can be obtained by detecting the maximum output of the sharp intensity peak. In this paper, design and fabrication of such two-dimensional zero-reference gratings are introduced. The arrangement of the experiment system is presented in detail. The alignment measurement of the reference marks is tested, and the results are compared with those obtained by autocorrelation method and diffraction analysis. It is found that experimental results are in good agreement with theoretical analysis.