二元光栅照明研究

采用部分相干成象理论对二元光栅照明进行了较为详细的研究。分析了二元光栅照明对分辨力、焦深、照明能量和照明均匀性的影响，并通过实验研究验证了二元光栅对分辨力和焦深有较大程度的提高。

可纠错二元光栅编码方法的研究及设计

针对相位解包裹中运用二元光栅编码结构光技术计算相位级次时,因受背景光强、噪声、被测物体表面不均匀反射率等因素的影响,导致光栅黑白交界处部分像素点的误码问题,提出了一种可纠错的二元光栅编码方法。从光栅编码方法的角度出发,依据信息论中的纠错码原理,采用汉明线性分组码,通过增加一定数量的校验元编码图案的投影,对二元编码光栅黑白交界处的误码问题进行检测并纠正,并从理论上验证了其设计方案的可行性。仿真实验表明对于只发生一位误码的像素点能予以100%检测并纠正,具有很高的可靠性。

二元光栅照明对光刻系统成象特性的影响

针对光刻系统分辨力和焦深的矛盾 ,详细研究了二元光栅照明对硅片上光强以及对光刻系统传输频率的影响 .结果表明 ,二元光栅照明可显著提高光强的对比度 ,改善成象系统的频率传递函数 ,是一种比较理想的离轴照明技术。

薄膜太阳电池二元光栅结构

提出了采用二元光栅结构提高太阳能薄膜衍射效率的技术方法。利用对透射率函数的傅里叶变换计算出垂直入射时二元光栅的衍射光场分布。研究了不同阶次二元光栅在可见和近红外波段的衍射零级光强和总衍射效率随波长变化的规律。以硅基太阳能薄膜为例,分别计算了普通相位光栅和二阶、三阶二元光栅随波长零级光强的变化规律和衍射效率。结果表明,与普通相位光栅结构相比,二元光栅结构能够在较宽波段提高光衍射效率。

二元台阶型光栅的校正傅里叶展开耦合波分析

介绍了经过改进的耦合波方法。该方法通过分析介质以及电磁波在光栅矢量方向上的连续性问题 ,在计算时采用校正傅里叶展开规则 ,使计算结果取得很好的收敛。在求解透射率与反射率时 ,通过引入广义反射系数阵和透射系数阵 ,避免了病态矩阵的产生 ,使得数值计算是稳定的 ,因此可以处理大槽深、多台阶的光栅问题。同其它方法相比 ,该方法计算速度大大加快。

基于互补型格雷编码的离焦二元光栅相位展开方法

离焦投影使编码光图像黑白灰级跳变产生模糊而造成二值化错误,导致相位级次解码出错,影响相位展开。本文提出利用互补型格雷编码光计算相位级次,完成离焦二元光栅相位展开。生成两种编码光序列,出现误码的位置相互交错,具有互补性。结合两种互补性编码光图像进行相位展开,可有效避免编码光图像二值化错误所引起的误码影响。对陡变物体测量的结果表明,相位相对误差(RE)为1.03%,误差峰谷值(PV)为0.24rad,均方差(RMS)为0.14rad。本文方法提高了离焦二元光栅测量精度,扩大了测量范围,尤其适用于陡变或不连续物体的三维面形测量。

基于不等占空比二元光栅的相位测量轮廓术

提出了一种基于不等占空比二元光栅的相位测量轮廓术(PMP)。所用的光栅只有0和255两个灰度,消除了投影仪的伽玛非线性对正弦光栅灰度的影响,同时可将投影系统的刷新频率提高一个数量级。所提方法的测量精度高于罗奇光栅离焦投影傅里叶变换轮廓术的,重复精度高于传统正弦光栅PMP。

不等宽等深度二元矩形光栅矢量衍射理论的建模研究

应用Ｍａｘｗｅｌｌ’方程和电磁场边界连续条件研究了用矢量衍射理论分析不等宽等深度二元矩形光栅衍射特性的数学建模问题。

不等宽等深度二元矩形光栅矢量衍射理论的建模研究

应用 Maxwell’方程和电磁场边界连续条件研究了用矢量衍射理论分析不等宽等深度二元矩形光栅衍射特性的数学建模问题。

基于二元光栅特征提取的相位展开方法

传统基于正弦光栅相位测量轮廓术中,相位因反正切运算而被截断在(-π,π]之间,需要利用菱形等相对相位展开算法进行展开,容易产生相位误差累计,甚至无法展开相位;或者利用投影辅助格雷码等额外结构光场来确定条纹级次,避免相位误差累计,实现相位的展开。提出了一种基于二元光栅特征提取的相位展开方法。通过投影一组相移二元光栅来实现三维测量,既避免了投影仪伽玛非线性对三维测量的影响,又将投影系统的刷新频率提高一个数量级,同时利用二元光栅本身的图像特性,在不增加辅助结构光场投影的前提下,自定条纹级次,从而将自定的条纹级次相位与截断相位相加,实现展开相位,有效避免了相位误差的累计。实验验证了所提方法的可行性和有效性,解相结果与未发生累计误差的菱形算法解相结果具有很好的吻合效果。

用二元位相光栅进行激光束叠加的研究

基于标量衍射理论,系统探讨了二元位相光栅实现激光束叠加的理论和位相光栅设计方法,利用新型遗传模拟退火混合算法得到优化的光栅参数,给出其用于分束和耦合时的模拟结果,并讨论实际误差对位相光栅耦合效率的影响。二元位相光栅用于激光束叠加有结构简单,调节灵活的优点,可以有效地提高激光束的功率密度和系统的整体性能。

二元衍射光栅式偏光器件的设计

本文利用双折射晶体刻划成的二元衍射光栅的衍射偏振特性，设计了偏光器件（可分别对ｏ光或ｅ光起偏）；偏光分束器件（包括非对称及对称偏振分束两类），并对有关参数对设计的影响进行了讨论．

二元位相型光栅分束器的改进设计方法

为改进传统分束光栅的设计中不考虑光栅的实际周期长度、光栅深度、基底厚度等因素对各透射级次光波振幅的影响,设计结果与实际制作光栅的分束效果相比差距较大的不足之处,基于矢量衍射理论,提出了光栅分束器的改进设计方法。改进前后的主要不同之处在于计算透过率函数时是否考虑光栅实际参数对入射光的影响。由于比传统方法的设计基础更严格,因而从与实验结果的对比情况看,改进方法提高了设计结果与实际情况的符合程度。

透射型亚波长二元闪耀光栅的数值模拟与分析

使用OptiFDTD对透射型亚波长二元闪耀光栅的透射场进行了数值模拟;使用FFT方法对电磁场分量进行分析,得到其各个级次的能量分布,进而分析了亚波长结构二元光栅的各个参数对衍射性能的影响。分析结果证实:透射型亚波长二元闪耀光栅可将正入射的TE波闪耀到+1级,且等分数对衍射角影响很小。给定波长,其设计主要由光栅周期、光栅材料折射率和等分数这3个参数决定。

闪耀光栅的二元近似结构

利用闪耀光栅的特点可制作高效的波导耦合器。采用时域有限差分法(FDTD)方法,模拟计算了二元闪耀光栅的一阶衍射效率和衍射角随光栅不同结构参数而变化的相关特征,所得结果对实际二元闪耀光栅的制备有重要参考价值。

离焦量和非单色光对二元相位光栅泰伯像的影响

利用平面波衍射的角谱理论 ,分析计算了二元相位光栅衍射光场的空间分布 ,特别讨论了离焦量和非单色光对泰伯像的影响 .随离焦量和带宽的增加 ,泰伯像的对比度和衍射效率减小 ,而压缩比增加 .计算结果指出 ,在带宽 <10 0 0或离焦量 <0 .0 1时 ,其对比度和衍射效率减小不到10 % ,仍能成较高质量的泰伯像 ;当带宽 >5 0 0 0或离焦量 >0 .1时 ,成像质量显著下降 .用薄膜沉积法制作了二元相位光栅 ,实验验证了理论结果 .这些结果对泰伯成像和阵列照明器的设计有重要的参考价值 .

二元伪随机光栅与台阶校准检测系统传递函数的影响分析

采用高质量的标准位相结构是实现光学干涉检测系统的系统传递函数精确校准及保证光学元件波前/表面中高频段信息准确检测的前提。通过对二元伪随机光栅结构和台阶位相结构两类典型表面进行模拟,分析了空间周期误差及跃变边缘陡度等制造误差对于检测系统传递函数校准的影响,并分析了检测系统CCD对二元伪随机光栅欠采样和过采样时功率谱密度(PSD)的变化。结果表明:存在同等制造误差时,二元伪随机光栅结构比台阶位相结构对检测系统传递函数中高频能够实现更高精度的校准;当对二元伪随机光栅存在欠采样或过采样时,均会造成PSD随频率的下降,可通过对理想二元伪随机光栅的高度分布进行相应的采样修正消除因采样对传递函数校准的影响。

基于频率调制二元编码光栅相位测量剖面术

分析传统的频率调制正弦光栅用于3步相移相位测量剖面术时,系统非线性对测量精度的影响,提出采用二元频率调制光栅,提高3步相移相位测量剖面术计算绝对相位测量精度的方法.完成了分别采用传统正弦频率调制光栅投影和基于Floyd-Steinberg二元编码频率调制光栅投影的相移剖面术的绝对相位计算结果对比.结果表明,采用正弦频率调制光栅模板的3步相移算法对系统的非线性敏感,而二元编码频率调制光栅模板既保持了利用单组条纹投影就可计算条纹绝对相位的优点,又不受系统非线性的影响,大大提高了基于频率调制光栅的相移剖面术的测量精度.计算机模拟和实验验证了所提方法的有效性.

消偏振二维二元闪耀光栅设计

为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度,提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元,每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的,可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率,以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况,设计了以熔石英为基底,工作波段为0.6~0.8μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31μm和0.473μm。仿真结果表明,在参考波长0.7μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%,0.6~0.8μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%,偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比,二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计,可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。

二元相位取样光纤Bragg光栅型光分插复用器方案

结合马赫-曾德干涉仪(MZI)和二元相位取样光纤布拉格光栅(BP-SFBG)构造出了一种具备多信道处理功能的光分插复用器(OADM)。首先利用传输矩阵法建立了OADM的理论模型,再结合传输矩阵法和Chebyshev恒等式实现对BP-SFBG的快速分析和计算;最后给出了一个仿真设计的实例,数值结果表现出了良好的性能,为具体器件的研制提供了有益的参考。