基于免疫遗传算法的二元光学元件的位相设计

在激光诱导扩散中,需要利用二元光学元件对激光器输出的高斯光束进行整形,以实现曝光区的温度分布均匀化。为了得到二元光学元件的位相分布,采用免疫遗传对相位分布进行设计。免疫遗传算法中采取变频率的交叉操作、变异操作,克服了遗传算法在局部搜索解空间上效率差的缺点,并使算法跳出局部极大值的能力得到了增强。采取由正向记忆细胞库提取的免疫疫苗对抗体群进行接种,使群体的进化方向得到引导,提高了算法的进化效率;采取由反向记忆细胞库提取的劣化疫苗对抗体群进行反向接种,减少算法的重复运算,极大地抑制了群体退化;采用B、T细胞的作用机制,保持群体在进化过程中的多样性,很大程度上抑制了算法未成熟收敛。运算结果表明,免疫遗传算法较遗传算法具有更高的算法效率和更强的寻优能力。最后考虑到实际加工,对最优解做适当调整得到了更适合于实际加工的二元光学元件的位相分布。     

遗传算法用于衍射光学元件的优化设计

提出了一种基于遗传算法的衍射光学元件优化设计方法;在衍射光学元件设计中遗传算法运行参数对遗传算法性能有一定的影响:采用较大的群体规模,遗传算法越容易获得最优解;交叉算子越大,遗传算法全局搜索能力越强;选择算子对遗传算法的影响不是太大;如果要进一步提高解的精度,可选取较大的终止代数。数值计算结果表明,用遗传算法优化设计的衍射光学元件,其误差小于 5.2%,衍射效率达到 91.2%。遗传算法很适合衍射光学元件的优化设计。     

衍射光学元件分析和设计中标量理论的局限性

以衍射光栅为例,用标量理论和严格耦合波理论的对比,分析衍射光学元件各参数对标量理论适用范围的影响。结果表明在光栅周期减小,刻蚀深度增加,光栅折射率增加,光束入射角度增加以及填充因子偏离 50%等情况下,标量理论的误差将逐渐增大,其中光栅周期和刻蚀深度对标量理论的影响较大,光栅周期小到 5 倍波长或者刻蚀深度大到 5 倍波长时,标量理论将不再适用。     

二元光学元件的耦合波分析

基于Ｍａｘｗｅｌｌ方程和电磁场的边界连续条件，本文导出了二元光学器件的严格的耦合波方程，指出各级次衍射波之间存在着相互耦合波衍射理论对元元位相光栅的衍射特性进行了分析，并与标量衍射理论分析的结果作了比较，从而得出了一些重要的结论。     

二元光学元件横向加工误差对衍射效率的影响

横向加工误差包括对准误差和线宽误差,加工误差对衍射效率的影响是二元光学元件研究的重要问题.本文基于标量衍射理论,提出了一种与MATLAB相结合的分层计算方法,重点分析了4阶和8阶二元光学元件横向加工误差和衍射效率的关系.结果表明,控制8阶二元光学元件对准误差,可抑制衍射效率的迅速下降,适当调整线宽能够减小对准误差造成的...     

衍射光学元件表面形貌测量方法研究

提出了一种基于双光路双波长相移干涉显微原理的新型 DOE三维表面形貌测量方法 ,并建立了相应的测量系统。理论分析和测量结果表明 ,测量系统纵向分辨率为 0 .5 nm,横向分辨率约为 0 .5 μm(NA=0 .4) ,在整个纵向测量范围内重复测量精度优于 1 .3nm,满足了 DOE表面形貌测量的需要。     

制作石英二元衍射光学元件工艺研究

介绍在微电子加工工艺设备的基础上研究制作８位相台阶衍射光学元件（ＤＯＥ）的工艺方法。对光刻曝光、反应离子刻蚀（ＲＩＥ）等关键工艺进行了实验，得到有实用价值的工艺参数和数据。     

全息光学元件中编码与象质和衍射效率的关系

以平面波束变换为十字光束的全息光学元件为例，详细分析了ＨＯＥ的相位调制、编码与解主财过程，推导出ＨＯＥ的衍射效率近似解的表达式，计算出近似条件下最佳编码最大刻蚀深度值，并且对该编码方案对ＨＯＥ成象质量的影响进行了分析，得出了分析的结果和结论，同时对衍射效率近似解表达式的误差进行了研究，并给出了分析结果。     

不同波长激光对计算全息位相光栅空间衍射光束分辨率的影响

针对用于激光阵列探测系统中的计算全息位相光栅，给出了在不同波长激光入射的情况下，衍射光束的空间分辨率随不同入射角的变化情况。用实验验证了用可见光代替红外激光进行初步测试与分析的可行性，为用于红外系统的整形光栅的测试提供了简捷，便利的实验方法。     

角谱理论用于衍射光学元件数字仿真

本文采用衍射角谱理论对衍射光学元件的光场分布进行数字计算。该理论包括两种表达方式:既可用含有传递函数的等式表达,也可用含有点扩散函数的等式表达。这两种计算方法在本质上是一致的。然而,在MATLAB计算过程中,它们又具有不同的适用条件,通过分析,将它们分为近场算法和远场算法,并且展示了它们的计算实例。结果表明,在标量衍射理论成立的条件下,不改变衍射元件抽样间隔和抽样点数,利用这两种算法能够快速、准确计算不同位置处的衍射图样。该方法对衍射光学元件像面光场分布的精确计算具有重要的意义。     

Multiple-Fiber and Multiple-Wavelength Confocal Sensing With Diffractive Optical Elements

Adding a diffractive element to the imaging optics of a fiber-based confocal sensor greatly enhances the chromatic dispersion of the optics. This can be exploited to enhance the sensing range and resolution of the sensor. Several examples are given using one and two fibers with simultaneous dual wavelength illumination to probe the displacement of a target object.     

二元光学折/衍混合消色差望远物镜设计

首先从光栅衍射理论出发导出衍射光学元件的色散公式，并进一步推导出用一种材料进行折／衍混合消色差望远物镜设计的公式。最后给出全折射型、一个混合型消色差和一个改进型消色差望远物镜的例子，并进行了比较。结果说明，混合型透镜的性能优于全折射型透镜，而改进型消色差物镜的总体性能优于原混合消色差物镜     

Design and Fabrication of a Hybrid Diffractive Optical Device for Multiple-Line Generation over a Wide Angle

A new hybrid optical device that is capable of splitting a monochromatic laser beam into an arbitrary number of lines over a wide angle is presented. It consists of a binary surface-relief computer-generated phase hologram and a continuous parabolic surface-relief grating. In this device the phase hologram serves to generate three small, parallel lines while the continuous parabolic surface-relief phase grating acts as an array of diverging parabolic lenses to widen these lines. The binary surface-relief was generated into one side of a quartz substrate through a plasma-etching process, and the parabolic profile was generated into a thick photoresist deposited on the other side of the quartz substrate. Calculations showed that a diverging parabolic lens with a f-number of 0.5 would deliver the desired optical pattern of multiple beams distributed over 90 degrees . A surface-relief depth of 6.0 mum was calculated with consideration of the phase distributions of such lens. The parabolic profiles were fabricated in a 10-mum-thick photoresist, by use of a contact exposure through a mask with a space pattern of repetitive 4- and 6-mum lines. He-Ne laser light was passed through a device that generated three parallel lines over a 90 degrees angle. The resulting diffraction patterns were characterized, and a satisfying result was obtained. The resulting multiple-line pattern can be used in robot vision and other applications.     

中红外AOTF前置光谱相机折/衍射混合变焦光学系统

设计了基于AOTF器件的中波红外光谱相机前置变焦系统,针对AOTF器件和探测器的特性,系统采用折/衍射混合设计,用6片透镜即实现了25~300 mm连续12×变焦,并用ZEMAX软件对则汇集结果进行优化和像质评价。结果表明,该光学系统各个波段上在空间频率14 lp/mm处调制传递函数(MTF)值接近衍射极限,能量集中度大于90%。可用于大多情况下中红外光谱成像分析以及中红外的目标探测及识别。     

Importance of Initial Distribution for Iterative Calculation of Quantized Diffractive Elements

Abstract

The significance of the initial distribution for three iterative calculation techniques of diffractive elements; simulated annealing, direct binary search, and Fourier transform algorithm, is investigated. Depending on the initial distributions, convergence problems may occur. Techniques to calculate special initial distributions for the three methods are described: these significantly improve the capabilities of the iterative techniques.     

用于衍射透镜成像光谱仪的正则化图像复原算法

针对离焦波段光学像对准焦波段光学像的干扰,本文提出将正则化方法应用于衍射透镜成像光谱仪的图像复原中。正则化方法通过引入稳定泛函,附加经验预知的或假设的条件,将逆滤波函数正则化,从而减少系统噪声给图像复原过程带来的扰动,将图像复原过程转化为适定方程的求解过程。调节正则化参数的取值,以取得最佳复原效果。用均方误差和绝对误差分布来评价复原效果。计算机模拟实验表明,正则化方法能够有效地复原衍射透镜成像光谱仪图像,抑制噪声的干扰,降低光谱图像的均方误差。     

设计激光波面整形器的一种改进算法

波面整形器是现代光子技术中具有重要科学意义和实际应用的研究课题。本文深入研究二元光学波面整形器的设计方法，在常用计算方法的基础上提出了一种改进的计算方法用于整形器的设计，并且取得了衍射效率大于９５％，平均偏差小于０．５％的结果。