基于SLM 的三维图像激光光刻系统的研制

文中提出采用空间光调制器进行子图输入、用激光干涉成像光学头产生干涉条纹的方法来实现3D图像或光学可变图像的制作，研制了大幅面3D图像激光光刻系统，光变图像分辨率可达5080dpi，平均运行效率达8000dots／s(1270pdpi)以上。给出了实验结果。     

基于光源偏振补偿的硅基液晶激光三维显示光学引擎

基于光源偏振补偿硅基液晶(LCOS)光学引擎的激光三维(3D)显示系统对传统的LCOS光学引擎引起的偏振光损失进行了补偿,使经由照明系统进入光学引擎的不同偏振方向的激光全部参与成像,既可以实现激光3D立体显示,还提高了二维(2D)显示时的光能利用率。进行2D显示时,入射激光的s偏振光和p偏振光分别对应于不同LCOS同时成像,成像后的图像在屏幕上相互叠加,投影后图像的亮度约为未进行偏振补偿时的2倍。当输入3D视频信号时,正交偏振的p偏振光和s偏振光分别对应于左右眼图像同时成像,观看者配戴由正交偏振片制成的眼镜,可实现双像分离,实现激光3D显示。     

采用空间光调制器的光变图像光刻系统

用激光干涉型光学头产生干涉条纹,采用空间光调制器(SLM)进行子图输入实现光学可变图像(DVD)的快速光刻,分辨率可达5080dpi,平均运行效率达8O00 dots s(1270pdpi)以上。研制了大幅面激光光刻系统,给出了实验结果。     

采用DMD并行输入的激光干涉直写方法

基于HoloMaker-Ⅳ激光干涉直写系统的数字微反射镜(digital micro-mirror device, DMD)并行输入光刻方式,提出了根据图形特性的智能边界处理,实现了超高分辨率图像的高效激光直写干涉光刻.通过DMD输入图形与系统干涉控制参数相互匹配处理的方式对256色位图进行了图形格式转换,从而支持2D/3D,3D光变图像以及各种微图形文字的处理.为高效率制作高品质光变图像提供了新方法.实验表明:在2400DPI分辨率下,该方法比传统逐点光刻法的运行效率提高90倍.给出了高质量的实验结果.     

基于全息光学元件的增强现实3D显示系统

设计了一种基于全息光学元件的透视增强现实集成成像3D显示系统。对基于反射体全息原理的全息光学元件的记录及再现做了理论分析,并通过搭建实验光路记录一块尺寸为20mm×20mm的全息光学元件。该全息光学元件仅对满足布拉格条件的光线体现出微透镜阵列成像功能,再现出虚拟的3D图像,而真实3D物体发出的光线可以直接透过全息光学元件,因此该全息光学元件作为图像融合元件实现了真实3D物体与虚拟3D图像的融合。该实验研制的透视增强现实3D显示系统能够再现出较好的虚拟3D图像,有效地融合虚拟3D图像和真实3D物体,实现增强现实的3D显示效果。     

一维小波变换在时域光学相干层析成像中的应用

时域光学相干层析(OCT)系统通常采用短时傅里叶变换(STFT)完成干涉信号的解调和图像重构。短时傅里叶变换算法简单,但是在干涉信号解调时难以获得好的去噪效果,通常还需在二维(2D)图像域对重构图像进行去噪。该方法数据运算量大,集成度不高。将一维(1D)小波变换(WT)应用于时域光学相干层析成像技术,同时实现干涉信号解调、去噪和图像重构。算法将时域光学相干层析的干涉信号分解到各个不同的频率空间,保留包含调制频率的频率空间的小波系数,对保留的小波系数进行滤波去噪后进行逆变换即可实现对干涉信号的解调和去噪,对解调信号等间距采样实现图像重构。该方法数据运算量小,集成度高,结合先进的小波去噪技术可以大大提高重构图像的分辨率,具有良好的应用前景。     

杨氏双孔激光干涉实验的精确图像

根据激光干涉产生的原理,对杨氏双孔激光干涉实验所产生的平面及空间图像进行了数学推导,得出了三维及二维干涉图像方程.同时也分析出三维干涉图像为双曲面族,以及二维干涉图像为双曲线族的图像特征.     

基于数学形态学的微位移测量方法的研究

用CCD摄像传感器摄取激光干涉图纹,采用Visual C^ 编程,对干涉图像用反高斯变换的光强平均分布的快速处理,保证干涉图纹信息的完整性;同时运用数字图像处理学中的LOG算子对干涉图像进行边缘检测,用数学形态学中的零交叉细化处理方法对干涉条纹进行细化处理,从而测量出引起条纹相位变化的微位移,其精度可达1／100的条纹间隔。可实现光学亚μm和nm尺度的测量。     

铅蒸气的高增益激光跃迀

报道了铅蒸汽脉冲放电的光学高增益和超发光度,激光发生于7,229埃的单一波长处,它相当于中性铅原子中6s26p7s(3P01)→6s26ps(1D2)的跃迁;这是气体可见激光跃迁中,低能级属于原子基态位形的第一个例子,这种跃迁是高激发效率所固有的。     

基于数字微反射镜的激光直写系统中控制软件的设计

激光直写系统实现了数码面阵图像输入方式.对于大面积3D或光学可变图像,可以用面积分割法将大图像分割成许多小区域图像.计算机软件逐个完成小区域3D或光学可变图像,最后拼成最终图像.另一种方法,也可以采用分色显示图层,逐层光刻,最后合成最终图像.本软件系统是针对后者实现相应控制功能设计.要实现上述图像按色分层再合成为原始图像,须首先对原始图像预先进行数据定义,再进行分层处理成需要的光刻文件,这一过程由本图像处理软件来完成.在得到所需要的光刻文件后,需要顺序读取光刻文件里的数据,并显示在DMD上.     

基于数字微反射镜的激光直写系统中控制软件的设计

激光直写系统实现了数码面阵图像输入方式。对于大面积3D或光学可变图像,可以用面积分割法将大图像分割成许多小区域图像。计算机软件逐个完成小区域3D或光学可变图像,最后拼成最终图像。另一种方法,也可以采用分色显示图层,逐层光刻,最后合成最终图像。本软件系统是针对后者实现相应控制功能设计。要实现上述图像按色分层再合成为原始图像,须首先对原始图像预先进行数据定义,再进行分层处理成需要的光刻文件,这一过程由本图像处理软件来完成。在得到所需要的光刻文件后,需要顺序读取光刻文件里的数据,并显示在DMD上。本文即该控制软件的设计。     

一种新的激光方位探测系统设计

通过对平行激光在光学劈尖上产生等厚干涉条纹的分析,提出了一种新的激光方位探测方案。介绍了本方案的数学建模原理,给出了其实现系统,它由6个光学劈尖构成的激光方位探测光学窗口和探测电路组成,通过测量光学劈尖上干涉条纹的间距精确地探测出入射激光方位和波长。测试结果表明,该方案具有探测精度高、反应速度快等优点。     

一种调频连续波干涉仪激光波长稳定性测量方法

针对调频连续波干涉测量系统中半导体激光光源存在波长漂移的问题,提出了一种基于干涉腔的调频连续波激光波长稳定性测量方法。首先推导了波长漂移量的测量理论,确定了位移-波长漂移量的变化系数,然后设计了拍频信号波长漂移量的解调算法,最后搭建了调频连续波干涉腔测量系统并进行了实验验证。结果表明,波长漂移量的测量分辨率为0.016 pm,波长漂移解算速度达50/s（测量时间为0.02 s）,相比光学拍频法和干涉比较法,测量速度有较大的提高。激光器持续工作1 h,测量标准差为0.049 pm,平均中心波长稳定性在0.19×10^-6内。该方法在光纤传感和精密干涉测量领域有较好的应用价值。     

基于连续变频技术的三维图像激光打印方法与系统

提出了一种基于4f成像系统和衍射光栅结构的连续变频技术,利用该技术设计并制造了一套三维(3D)图像激光打印系统,可实现幅面为15cm×20cm的大视角(大于90°)、真彩色3D图像的激光打印输出。分析了3D图像中的变频结构特性,获得了变频结构参数的数学表达式。详细解析了连续变频结构的实现原理,推导了变频规律。通过实验证实了连续变频原理与输出系统的有效性,实现了彩色3D图像的激光打印输出。     

一种利用光变图像光刻系统的存储方法

文中提出了一种高密度光变图像的存储方法,利用光变图像激光光刻系统,采用空间光调制器(SLM) 进行子图输入,在平面记录材料光刻胶上进行2D 光变图像和文字的光学存储,制成易于复制的浮雕位相型衍射图像。     

基于光学干涉法的光学元件表面粗糙度检测技术

为实现光学元件表面微小粗糙度的精准、详细检测,研究基于光学干涉法的光学元件表面粗糙度检测技术。该技术采用基于集成光学干涉成像技术对光学元件表面干涉成像,通过改进的Niblack二值化算法提取元件表面干涉图像条纹信息,并基于节点迭代的去毛刺方法细化处理干涉条纹,利用最小二乘方法拟合干涉条纹,获取最小二乘拟合直线得出评定基准,建立评定表面粗糙度的高度参数和间距参数的数学模型,完成粗糙度检测。测试结果显示:该技术干涉成像能力较强,生成的光学透镜元件干涉图像弧度与边缘较为清晰,可有效去除干涉条纹毛刺,检测光学元件表面粗糙度时的真正类率最大数值已达到1.0。     

基于光栅滤波器的新型光学图像加密技术

为了提高干涉加密技术的光学处理速度和光学实现的可行性,基于干涉原理的加密技术的思想,结合光栅滤波器的图像处理方法,研究了基于光栅滤波器的4f系统双图像光学加密技术。该技术利用已成熟的基于光栅滤波的图像相加减4f系统,将两个待加密图像转化为两个实值的白噪声,理论模拟验证了该方法的可行性和有效性。结果表明,该方法简单实用,易于光学实现并具有很高的安全性。     

基于菲索干涉仪的边界层测风激光雷达研究

分析了多光束菲索( Fizeau)干涉仪的光学特性,以及影响干涉光谱性能的参数,并研 究了激光雷达系统接收信号能力,提出了一套基于Fizeau干涉仪和CCD探测器的边界层测风激光雷达系统。利用标准大气参数和切合实际的激光雷达系统参数,对干涉仪进行优化设计模拟计算,得到了合理的参数,满足边界层1m / s风速测量精度要求。     

飞秒激光啁啾的直观可行检测方法

基于飞秒脉冲相关干涉项含有脉冲的相位和频率信息,测量自相关二次谐波干涉条纹可见的振荡频率为?棕?子及2?棕?子两个谱分量的大小和形状,以及二次干涉自相关函数包络面积的大小和形状,可以得到飞秒激光脉冲啁啾大小的信息。另外,通过对二次干涉自相关(IAC)迹线求一阶导数得到的干涉自相关导数光谱(D?鄄MOSAIC)的峰谷与啁啾正负对应关系,找到了判定啁啾正负的方向因子即正弦函数因子,据此能够判断飞秒激光脉冲啁啾的正负。因此,采用能够满足光学相干探测基本条件的测量系统,利用二阶干涉自相关法可以用来检测飞秒脉冲激光的啁啾特性。     

基于Zemax仿真的激光追踪测量光学系统能量分析

为满足精密测量领域精度高、可靠性强、实时性好的测量要求,提出一种基于Zemax仿真的激光追踪测量光学系统能量分析方法。根据激光追踪测量光学系统原理,建立激光追踪测量光学系统能量模型,利用Zemax仿真分析非理想光学元件对光学系统能量的影响。仿真结果表明,干涉分光镜的分光比为5…5且追踪分光镜的分光比为7…3时,四路干涉信号能量接近,条纹对比度达到0.89,干涉效果最好。偏振分光镜反射率在非理想条件下,四路干涉信号的条纹对比度会下降。偏振分光镜透射率在非理想条件下不影响四路干涉信号的条纹对比度。该研究对激光追踪测量系统的精度提升、可靠性评估、光学系统设计和光学元件选择具有指导意义。