蓝光LED产生局域空心光束

利用非相干蓝光LED和轴棱锥-透镜系统直接产生局域空心光束,证实了非相干光源通过轴棱锥-透镜系统可以得到局域空心光束。利用衍射理论和多波长叠加原理分析了具有一定频宽的部分相干光入射轴棱锥-透镜系统后的光场分布,并模拟了光束传输变换过程的三维光强分布及不同位置处的截面光强分布。实验采用蓝光LED结合轴棱锥-透镜系统产生局域空心光束,利用体视显微镜对不同位置处的光束截面光强分布进行记录。实验结果与理论分析相吻合,研究结果扩展了LED的应用,对粒子囚禁、原子冷却具有一定的指导和现实意义。     

梯度轴棱锥产生周期性局域空心光束的几何光学分析

利用几何光学的光学追迹法,对梯度轴棱锥系统产生周期性局域空心光束（bottle beam）的演变过程进行描述。利用光学仿真软件的光照度分析功能,对光束传播中不同传播距离的截面光强分布进行了模拟。结果表明,通过改变两个轴棱锥底角大小,可以对周期性局域空心区域的长度进行控制。这种梯度轴棱锥系统可以很容易地产生尺寸非常小的周...     

贝塞耳光束相干产生局域空心光束的实验研究

利用轴棱锥产生的两束贝塞耳光相干实现局域空心光束.基于"相干贝塞耳光产生具有塔尔博特效应的局域空心光束"的理论,数值模拟了两束贝塞耳光干涉后光场沿传输距离变化的光强分布及一个周期内光强的演变和局域空心光束的形成过程.实验中通过两个不同底角的轴棱锥产生两束具有不同径向波矢的贝塞耳光进行相干形成局域空心光束,实验结果与理论分析及数值模拟相吻合.     

透镜焦距对局域空心光束尺寸的影响

基于衍射理论导出由轴棱锥和透镜系统产生的局域空心光束的光传输公式,模拟了其三维(3D)光强及截面光强分布图。由衍射理论和几何光学方法详细分析了聚焦透镜的焦距对局域空心光束尺寸的影响,即在相同条件下,局域空心光束的尺寸随着透镜焦距的增大而增大。实验得到当焦距分别为50 mm,70 mm以及100 mm时,局域空心光束的径向暗域尺寸为200μm,300μm以及430μm。理论计算、数值模拟与实验结果相吻合。     

轴棱锥透镜系统产生局域空心光束的几何光学解释

利用几何光学的光线追迹法形象地描述了轴棱锥透镜系统产生局域空心光束过程.分析了局域空心光束传输过程中的光强分布;同时利用光线追迹法分析了透镜焦距对局域空心光束尺寸大小的影响.结果表明,局域空心光束的尺寸随着透镜焦距的增大而增大.实验中利用轴棱锥透镜系统产生局域空心光束,并对不同位置的光斑进行了拍摄,分析了局域空心光束的演变过程及其横向光强分布.实验与理论模拟的结果相吻合.因而容易选择不同尺寸的局域空心光束对不同微粒进行囚禁.     

Bessel-Gaussian光束在分数傅里叶变换面上的光强分布

利用广义衍射积分方法,研究了Bessel-Gaussian(BG)光束的分数傅里叶变换特性,推导出了BG光束通过分数傅里叶变换光学系统后,光场分布的解析公式,利用该公式对BG光束经分数傅里叶变换后光强的分布规律进行了数值分析。研究结果表明,分数傅里叶变换阶数p对BG光束的光强分布有明显影响,光强分布随分数傅里叶变换阶数p呈周期性变化。     

半导体激光可调谐局域空心光束

为实现局域空心光束的可调谐性,以半导体激光器作为光源,采用贝塞尔光束聚焦法来获得局域空心光束。采用平凸柱透镜和梯度折射率透镜对光束进行整形,以获得发散角可变的激光束,进而得到尺寸可调谐的局域空心光束。数值模拟结果表明,当照射在轴棱锥上的光束发散角在0°～1.5°范围内连续变化时,局域空心光束的最大径向尺寸在90.23～64.05μm之间可调谐,而局域空心光束的长度在1.85～1.47 mm之间变化。可调谐局域空心光束可显著增加光镊技术的应用灵活性。     

新型组合正轴棱锥产生局域空心光束

提出了一种产生局域空心光束(Bottle beam)的新型光学元件,此元件由两个底面半径不等的正轴棱锥胶合而成,具有结构简单、容易加工等优点。研究了其沿径向分布不同部分光线的ABCD传输矩阵,通过几何光学分析了其产生Bottle beam的原理,数值模拟了平面波通过此新型光学元件后的纵向光场分布和沿轴向不同距离处的二维光斑图。为产生Bottle beam提出了一种新方法,对Bottle beam在光镊、光捕获等方面的应用有较好的指导意义。     

锥台和轴棱锥系统产生的尺寸可调局域空心光束

为了解决现有光学系统产生局域空心光束尺寸不易调整的问题,提出了一种由不同底角的锥台和正轴棱锥组合而成的新型光学系统。采用衍射积分和汉克尔波理论对该系统的光束变换特性进行了分析,可知平面波通过新型光学系统后将产生局域空心光束,且通过改变两个光学元件之间的相对位置可以调节局域空心光束的尺寸。在此基础上结合几何光学理论给出局域空心光束相关参量的计算公式;并采用光学分析软件TRACEPRO模拟了新型光学系统中局域空心光束不同位置处的光强分布及其随锥台与正轴棱锥之间距离的变化。结果表明,软件模拟的结果与理论分析的结果基本一致,新型光学系统能够产生尺寸可调的局域空心光束。     

局域空心光束尺寸变换的模拟及实验

不同尺寸的局域空心光束可囚禁不同尺度的微粒,在生命科学和纳米科技中具有重要的意义.提出了一种利用普通球面透镜望远系统来变换局域空心光束尺寸的新方法.利用几何光学方法进行了分析,采用ZEMAX光学设计软件实现光线追迹进行模拟.实验中拍摄并测量了经望远系统变换前后的局域空心光束的尺寸.结果表明,局域空心光束尺寸的变换比等于...     

非相干LED白光产生无衍射光的光源设计

非相干光源产生无衍射光束的实验中,入射光束的均匀性对产生无衍射光束的质量有很大影响。文中以非相干光源白光LED为例,通过对LED自身发光特性的分析,对光线传播过程进行数学建模,用非成像光学光通量守恒原理,对均匀照明设计方法进行理论推导,得到了一种基于非成像光学产生均匀光束的透镜设计方法。用三维建模软件进行建模并用光学仿真软件进行光线追迹,确定用该方法设计的透镜能满足实验对入射光束均匀度的要求,并初步实验获得较高质量的零阶无衍射Bessel光,验证了该设计方法的合理性。     

自由曲面透镜白光LED光束整形技术

为了获得高均匀性、对称性及一些特殊形状强度分布的白光发光二极管(LED)光束以满足某些特定的需求,基于白光LED光源为朗伯光源的特性,运用自由曲面透镜的方法对LED光束进行了光束整形,分别采用单一自由曲面透镜以及全内反射(TIR)透镜与微透镜阵列组合两种不同的整形结构,进行了加工工艺和原理理论分析,并通过了实验验证.结...     

基于有效信号提取的白光干涉信号快速处理方法

针对白光扫描干涉术在垂直大范围扫描过程中的测量效率问题,提出了一种基于有效信号提取的白光信号快速处理方法。使用白光LED光源,建立了双峰频谱分布模型,并使用该模型进行了仿真实验,给出了不同算法在特定采样步长下所需的最小采样区间长度确定方法,在不改变测量精度的条件下减少了解算所需的数据量,并使得轮廓解算可以在采样结束前开始。针对垂直大范围扫描过程中的背景值波动问题,给出了一种基于背景集合的白光干涉信号背景分离方法,并通过与几种常见信号处理方法的比较,证明了背景值提取的完整性,有效消除了背景值波动现象对测量精度造成的影响。最后将上述方法应用于自主设计开发的白光轮廓仪,使用傅里叶变换法精确测量了U盘接口表面形貌特征。测量结果表明:从扫描开始到获得表面高度信息的总时间减少了49.02%。     

水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能研究

为了研究水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能,以6个LED组成的圆形阵列光源为对象,基于单个LED空气中照度分布模型推导出其相对照度分布数学模型;以水下照度计为工具,用点阵测量法研究其在水下的实际空间照度分布,并分析了实验数据。结果表明,该光源出射端口处光照度值随着加载信号的频率增加而增加,光源的水下辐射照度整体分布不对称;当光信号传播到一定距离后,在光接收平面上,照度值各向趋于均匀分布。     

基于微透镜阵列光束均匀化的傅里叶分析

为了提高高功率固体激光器泵浦光束的均匀性,分析了成像型和衍射型微透镜阵列匀化光束的基本原理,基于菲涅尔衍射和傅里叶变换公式,推导出了微透镜阵列焦平面上光强分布的解析表达式,比较了两种光束微透镜阵列对光束匀化的效果。同时,研究了成像型微透镜阵列子透镜的相对孔径及微透镜阵列间距对光强分布的影响。结果表明,成像型微透镜阵列具有更好地匀化效果,且子透镜孔径是影响光束均匀性最主要的因素。     

涡旋光用于物体面内位移变形测量的模拟

提出了一种利用涡旋光进行面内位移测 量的新方法。将传统的电子散斑干涉测量技术与液晶空间光调制器(SLM)相结合,把 利用SLM所 获得的涡旋光应用于双光路电子散斑干涉,从而测量变形物体的面内位移。推导出了以平面 光为物光、涡 旋光为参考光以及涡旋光为参考光、物光时物体发生面内变形前后的干涉强度公式, 模拟了变形前 后的干涉图样,分析了干涉变形图样的特征。运用四步相移方法求出了物体的变形相位公式 ,通过解包裹得 到了物体的变形相位。模拟结果与利用传统电子散斑干涉测量系统结合傅里叶变换法 获得面内位 移的变形相位分布是一致的,表明涡旋光可以应用于物体的变形测量,为物体面内位移变 形测量提供了一种新途径。     

侧入式无导光板LED平板灯的设计与实现

针对侧入式LED平板灯出光效率低、导光板(LGP)制造成本高等缺点,设计了一种无LGP窗式结构的新型LED平板灯,介绍了设计结构模型和光学模型。采用柱面透镜将侧面入射的LED发散光束会聚在出光面板上,并通过掠射和叠加方法实现出光面板的照度均匀性。分析了LED阵列之间的距离、LED灯珠的投射角以及LED阵列中LED的间距对辐射照度分布均匀性的影响,利用九宫格取值法和TracePro软件对所设计的LED平板灯进行参数优化。模拟和实验结果表明,当LED平板灯单窗格面积为240mm×300mm、厚为15mm以及平凸柱面透镜的曲率半径为4mm时,优化后的LED灯珠投射角为4°左右,LED平板灯出光面板上的照度均匀度可达85%以上,理论仿真结果与实验结果相一致。     

PWM数字可调均匀光源的设计

发光二极管(Light Emitting Diode,LED)作为一种场致发光光源,已经获得广泛的应用,但在影像测量中的下照明领域还处于起步和探索阶段。影像测量中,光照不均匀或者光强不适,都会影响所拍摄图像的质量。为获得高质量的图像,设计一种基于PWM数字可调的均匀光源系统,用于下照明的影像测量。系统通过正交实验法获得环形的LED阵列、灯的倾角、LED灯的数量、LED的环形直径等,搭建光源系统,使得LED环形阵列在视场2cm内获得均匀的光强,结合LED发光特性设计PWM脉冲发生电路,通过上位机的软件让均匀光源强度256级可调,适合各种不同的场合,增强实用性。实验数据表明,利用光学显微影像测量系统,在最小放大倍率0.7倍以及最大放大倍率4.5倍两种极端情况下,检测4个级别的光强均匀性都超过了83%。该系统完全能够在影像测量中达到要求。