基于数字微镜器件的高分辨率计算全息显示

针对基于数字微镜器件的全息显示分辨率受限的问题,提出了一种大尺寸、高分辨率计算全息显示方法。本文利用计算机渲染或相关变换方法生成高分辨率输入图像,利用菲涅尔衍射算法和傅立叶变换并行计算提升全息图的分辨率,根据数字微镜器件特性进行衍射图像的时空复用与动态融合,有效提升计算全息显示的分辨率与动态效率。实验结果表明,该方法可实现大尺寸、高分辨率的动态全息显示效果,突破了数字微镜器件固有的像素数目及分辨率限制,使用像素分辨率为2K的数字微镜器件可显示8K甚至更高分辨率的重建图像,尺寸可以达到82 mm甚至更大。     

基于数字微镜的计算全息再现像质增强

为了实现基于数字微镜器件的高质量全息图再现,阐述了数字微镜器件的灰度调制特性及其衍射特性,探讨了数字微镜器件进行全息显示的机理,实现了基于数字微镜器件的全息图高质量再现,并给出了相应的数值模拟结果。结果表明,经过灰度调整后的计算全息图再现效果有明显改善。这一结果对数字微镜用于计算全息显示是有帮助的。     

米级光栅全息曝光拼接系统像差分析

全息曝光系统像差对光栅拼接精度及其远场衍射光斑能量分布有直接影响。根据全息曝光拼接方案提出了一种拼接光栅像差分析方法。模拟了全息曝光波面随机初级像差,利用500个曝光波面进行了光栅拼接统计,得到了米量级三拼光栅记录波像差和拼接精度,通过统计分析得到理想拼接情况下拼接引入的像差成份不到整体波面像差的10％。考虑到光栅衍射波像差包括记录像差和光栅基片面形,计算了不同拼接精度情况下一级衍射波面及远场衍射光强分布,对衍射波面PV值、远场光能量比和斯特列而比进行了统计分析,得到了拼接误差与衍射波面及远场光斑之间的关系。在拼缝误差为0．1λ以内时,远场光斑能量集中度和斯特列尔比的变化量可分别控制在5％以内。本文为米量级全息拼接光栅制造提供了理论支撑。     

微镜器件制作光纤衰减器

奥兰多的光学学院/光学与激光研究教育中心及光信息公司的研究人员用二维数字微镜器件制作了容错的数控多波长可变光纤衰减器,供波分复用网络使用。德州仪器公司生产的可见光波段二维数字微镜器件含有具有17μm像差间距的16μm×16μm涂铝热力微镜。每一微镜可在15μs开关时间内以相对像素面成 10°或-10°倾斜角安装。为了控制入射光束的路径,开发了一种通过光学微电机系统(该系统使用几个微镜控制每束光)的“宏像素”途径。研究组负责人NabeelRiza说,宏像素途径还产生比上述微镜器件更高的对于器件失效和误差的容错能力,而在微镜器件中,…     

用平凸透镜制作大口径光栅的像差分析

分析使用两个对称的单平凸透镜光路制作光栅并用MATLAB编写光线追迹程序分析了所制作的光栅的衍射波像差的特点,经计算得出在较小焦比D/F情况下其衍射波像差仅与两支光路点光源的调节偏差之差有关与单独的各个偏差无关;初级像差中球差很小几乎可忽略:彗差仅与垂轴调节偏差之差成线性关系;像散仅与轴向调节偏差之差成正比;且当平凸透镜的焦比D/F增大时,各像差项迅速增大.点光源调节偏差一致时的衍射波像差随着系统的焦比D/F增大而迅速增大,并分析了当透镜的焦比D/F一定时,透镜的焦距与所制作的光栅的空间频率对衍射波像差的影响.     

基于DMD的高动态范围成像光学系统设计

为了解决光电成像设备对空间实际场景观测时提出的高动态范围要求,设计了一种新型的像元级光强调制的高动态范围成像系统。系统由成像物镜、折叠反射镜、二次成像转置物镜组成,采用TI公司的数字微镜阵列（DMD）作为光强调制器件,通过光瞳匹配原则使两个系统完美衔接,并利用二次成像系统实现DMD单元与图像传感器的像素一一对应,设计结果显示:在像面的Nyquist频率处,全视场的MTF0.55,弥散圆的直径小于CMOS图像传感器的像素尺寸,并且畸变等像差也校正良好。该方法不仅可以提高图像传感器的可探测动态范围,还能够实时地探测到强弱目标,满足空间目标视景成像的要求。     

基于SOI材料的刻蚀光栅分波器的制作工艺

研究了基于绝缘材料上的硅(SOI)材料的平面波导刻蚀光栅分波器的主要制作工艺.利用电感耦合等离子体刻蚀(ICP)技术,在SOI材料上制作了垂直度大于89°的光滑的光栅槽面.氧化抛光后刻蚀侧壁的表面均方根粗糙度(RMS)有3nm的改善,达到7.27nm(采样面积6.2μm×26μm).通过采用集成波导拐弯微镜代替弯曲波导使1×4分波器的器件尺寸仅为20mm×2.5mm.测试结果表明器件实现了分波功能.     

基于复用计算全息元件的多阶模式偏置波前传感器

提出利用复用计算全息元件实现多阶模式同步的偏置模式波前传感器。对基于复用计算全息元件的多阶模式偏置波前传感器进行了理论分析。为了实现复用计算全息元件,分别编码设计了包含4阶,10阶和20阶Zernike像差模式的复用计算全息图,讨论了复用计算全息图设计中几个关键问题。数值模拟研究了复用计算全息图对单阶和多阶像差模式的探测性能。结果表明,在一定探测范围内,传感器能够响应与全息图内预先记录像差模式相同的待测像差模式,且每一个模式的灵敏度都不同。全息图内记录模式数较少时,单阶模式探测的灵敏度较大;记录模式数越多,模式之间擦除效应越严重,单阶和多阶模式灵敏度都受到一定影响。     

基于DMD的小型近红外光谱仪原理及优化分析

数字微镜器件小型近红外光谱仪器具有检测速度快、灵敏度高、无损伤检测、仪器小型化等优点,广泛应用于化学成分分析和质量检测。然而,作为仪器设计的前提,整个光谱范围的光学优化设计是系统的难点。文中研究了基于数字微镜器件小型近红外光谱仪的光谱成像系统的理论设计方法。该方法采用双配消像差透镜,结合几何像差理论,对小型数字微镜器件近红外光谱仪的设计进行了优化,以降低整个系统的像差。然后,利用光学仿真软件对准直接成像系统进行光学仿真。最终达到设计仿真要求。仿真结果表明,该分光计的整体尺寸小于150 mm×150 mm×150 mm,在工作波段1000~1700 nm范围内,其分辨率优于15 nm。因此,该方法能满足设计要求,在实际应用中具有广阔的应用前景。     

激光成像雷达DMD目标模拟器图像灰度级控制方法

重点讨论了数字微镜器件(Digital MicromirrorDevices,DMD)的空间,调制特性以及灰度等级控制特性,在此基础上提出了基于DMD器件的激光成像雷达目标模拟器反射图像的灰度级的控制方法.数字微镜器件是一种新型的微电子、微机械、微光学集成器件,可作为空间光调制器.在激光成像雷达半实物仿真系统中,由计算机图像生成器产生图像信号,图像信号转换成脉冲宽度调制控制信号,驱动DMD目标模拟器,产生不同灰度级的反射图像,验证了DMD目标模拟器在激光成像雷达半实物仿真中的可行性.     

一种数字光栅无掩模光刻对准方法

针对数字微反射镜装置(DMD)无掩模光刻系统,提出并研究了一种数字光栅无掩模光刻对准方法,将硅片的微位移放大显示在数字光栅与硅片物理光栅叠加产生的叠栅条纹中。建立了基于DMD的数字光栅无掩模光刻对准模型,设计了对准标记以及具体的实现方案,并对模型进行了数值仿真和初步的实验验证。结果表明,采用频率可变、图像干净、具有良好周期性结构的数字光栅代替传统的真实掩模光栅,真正实现了零掩模成本;并且采用变频率数字光栅可以扩大测量范围,减小位移测量误差。最终可以实现深亚微米的对准精度,满足目前无掩模光刻对准精度的要求。     

球面像差的容限--一种工艺窗口的实验性研究

球面像差能破坏光刻的成像质量。它不仅影响工艺窗口, 即, 曝光容裕度和焦深( DOF ),而且也降低了掩模误差因子( MEF ), 这能导致附加的掩模费用。尽管最近已经报道了一些系统的测量方法, 但这种像差的程度到实际实验工艺窗口的降级之间的关系尚无清楚的文献证明。在此, 将首先提出一种简单的用规则的铬栅格图形测量球面像差的方法。我们也将根据两台深紫外扫描光刻机提出球面像差和工艺窗口的数据。业已发现有些扫描光刻机的峰值波前误差可达0.1个波型。均方根( rms)波前误差数据与测量到的工艺窗口降级和掩模误差因子对于关键接触孔和多层栅有很好的联系。     

基于泰伯莫尔法的长焦距测量系统的装调技术

为了实现长焦距的精确测量,基于泰伯莫尔法测量长焦距的原理,构建出了由准直波前发生器、泰伯干涉仪和成像采集系统组成的长焦距测量装置。分析了准直波前畸变对焦距测量精度的影响,用数值分析的方法分析了待测样品到光栅G1 的距离s,光栅G1、G2 的间距d 以及栅线夹角对焦距测量精度的影响。提出了具体的装调方法:用五棱镜法检测波前,保证准直波前质量PV 值优于一个波长;用光栅尺位移传感器测量s,标定d,使其精度达到0.1mm;采用标准反射凹球面法标定光栅夹角,使光栅夹角的装调精度达到0.001。对焦距为5436mm 的透镜进行实验测量,误差小于0.35%。     

球差在平场全息凹面光栅设计中的作用

基于平场全息凹面光栅几何像差理论,分析了初级像差与高阶像差特别是球差对平场全息凹面光栅成像的作用。通过一个具体的设计,分别讨论宽波段光栅和窄波段光栅设计中校正球差与否对设计结果的影响。通过对光谱像大小和各种像差系数大小进行对比分析得出以下结论:宽波段平场全息凹面光栅像差较大,决定光谱像大小的主要是初级像差,球差的影响难以显现,在进行光栅设计时可以不考虑球差;窄波段光栅的离焦像差较小,球差的影响开始变得显著,此时在设计过程中考虑球差的校正能够进一步改善光栅的成像质量。     

Reconfigurable sampling of the electric field at the reflecting surface of folded arrayed waveguide grating multiplexers

We describe the use of a reflective arrayed waveguide grating multiplexer in conjunction with a digital micromirror device to modulate the electric field distribution in the grating. Modulation of the electric field is accomplished by turning individual digital mirrors on and off. By imposing a reconfigurable grating superstructure on the digital mirror array, we can change the free-spectral range of the device and alter the overall transmission spectra. The experimental results are in excellent agreement with model calculations. This type of a device is expected to be useful in generation of reconfigurable sequences of ultrashort pulses.     

基于衍射理论的高斯像面球差的计算与分析

为了利用波动光学的衍射理论分析处理球差,采用先计算像点的光强分布再进一步分析处理球差的方法,对球差进行了理论分析和模拟。从基于点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推导得到高斯像面上仅有球差像点的光强分布的解析计算式,分析探讨了高斯像面上球差的衍射机理及其计算与校正。结果表明,这种方法能够更为精细地分析处理球差,有助于在光学设计中对球差进行像差平衡与校正、光学加工中对球差的检测与修正以及数码成像时对球差做电子校正等,有利于促进激光技术和微光学以及微光机电系统的发展。     

透射式光学系统计算机辅助装校技术初步研究

应用于航天遥感领域的透射式光学镜头光学元件多,分离变量多,结构复杂,成像质量要求接近衍射极限,对光学装调有着苛刻的要求。传统的透射式系统装调一般采用直装定心的方法,通过机床定心和实验室定心结合依次将各个元件的偏心和倾斜调整到预设置公差范围之内。这种方法增加了过程控制的难度,影响了装调一次成功率。在透射式系统装调中引入计算机辅助装调技术是突破传统装调方法,提高系统装调质量和效率行之有效的手段。借助计算机辅助装调技术,通过设置补偿环节的方法针对某一透射式光学镜头的初级像差进行调整,成功将系统装调结果RMS从0.084 （=632.8 nm）提高到0.046 ,实现了高精度、高效率的装调。     

激光直写系统中DMD控制方法的设计与改进

为解决在激光直写系统中利用数字微镜器件(DMD)无法对纵向像素数大于768的灰度图像进行滚动显示的问题,文章在其控制电路的数据传输、存储及显示驱动技术方面开展了研究.利用FPGA中丰富的逻辑资源实现了图像数据传输方式的改进,通过移位寄存器对数据进行拆分和位宽转换.提出间隔存储方法实现大尺寸灰度图像数据的存储,基于此方法可实现灰度图像滚动显示时的数据读取.同时,省去在上位机中进行位平面拆分和图像分割的预处理步骤,简化了上位机操作流程并提高了系统数据传输效率.实验结果表明,该系统能够以419.6 Hz的刷新率对大尺寸灰度图像进行滚动显示.     

Virtex-5 GTP在红外动态场景仿真中的应用

在基于数字微镜器件(DMD)的高帧频高分辨率的红外动态场景仿真系统中,从计算机到仿真板间的图像数据量大,传输实时性要求很高.我们利用FPGA芯片设计了PCI Express和光纤接口,解决了计算机和红外仿真器间的高速红外图像传输.