应用泽尼克多项式自由曲面的成像物镜设计

为了解决自由曲面难以应用于成像系统设计的问题,通过对泽尼克多项式自由曲面的波像差的分析,对一种采用泽尼克多项式自由曲面的成像物镜进行研究.在对非球面离轴反射型成像物镜研究的基础上,应用泽尼克多项式归一化描述光学系统的波前边界,建立与赛得和像差之间的对应关系,推导出采用泽尼克多项式自由面替代偶次非球面的方法.设计采用三片泽尼克多项式自由曲面反射镜组成设计成像物镜,在100倍放大倍数、视场角为130°、相对孔径为2.5的条件下,调制传递函数实现100 lp/mm 60%以上,畸变小于2.0%.研究结果表明,应用泽尼克多项式自由曲面可以减小离轴光学系统像差,达到提高清晰度、简化光学系统结构的作用.

液晶投影显示系统中的透镜阵列方式

首先对大屏幕液晶投影显示系统进行分析，并在系统设计中采用透镜阵列方法提高系统的光学性能，针对光学透镜阵列方法进行探讨研究，给出透镜阵列的设计方法和设计参数，显示系统采用双排复眼透镜，在１９０Ｗ的金属卤化物灯的情况下可达到４００ＡＮＳＩ流明的光能量输出，对比度大于１００１，均匀性大于９０％，且显示效果良好，性能优异。

液晶投影显示的色纯度和色均匀性

用1931CIE和1976CIE分析了液晶投影显示分色系统对图像色纯度和色均匀性的影响。介 绍了分色系统的膜系设计,与典型的分色膜系相比,优化膜系由于通带中的波纹显著减小,色纯度得到明显改善,尤其是绿光。讨论了照明光孔径角对分色系统色均匀性的影响,提出了用厚度渐变的楔形膜校正色差的方法,使色均匀性得到显著改进。

像素灰度值独立方程重构高分辨力图像

为了提高图像空间分辨力,提出一种基于像素灰度值独立方程重构高分辨力图像的技术。采用机械微扫描法获取序列低分辨力图像,分析半像素错位的序列低分辨力图像与高分辨力图像各像素灰度值的对应关系,建立了高分辨力图像的像素灰度值独立方程,并利用像素灰度值独立方程重构高分辨力图像。仿真结果表明,相比于反演解析法,基于像素灰度值独立方程的重构算法把重构时间从秒级提高到毫秒级,为重建高分辨力视频信号奠定了基础。

液晶投影显示复眼照明的容差模拟分析

介绍了液晶投影显示复眼照明的工作原理 ,采用扩展 4× 4矩阵模型描述了复眼照明 ,以能量利用率和照明均匀性作为系统的评价标准 ,对复眼透镜的制造误差和位置误差进行计算机模拟分析 ,分析表明 ,双排复眼透镜相对位置误差对系统性能影响大于加工误差 ,而第一排复眼透镜的加工误差对能量利用率的影响大于第二排复眼透镜 。

基于tendue量的液晶投影物镜相对照度分析

基于非成像光学的啨ｔｅｎｄｕｅ量对液晶投影显示照明系统和投影物镜进行匹配 ,对液晶投影物镜的相对照度进行分析 ,根据啨ｔｅｎｄｕｅ量计算照明系统液晶板照明面的发光强度分布 ,与根据朗伯体服从余弦分布的计算相对照度的算法进行比较 ,并对相对照度的Rimmer算法进行修正 ,分析和实验表明 ,修正算法得到的投影物镜相对照度计算更符合实际情况 ,对于投影物镜确定渐晕系数。

TFT-LCD投影显示中的彩色偏振分色系统(英文)

针对TFT LCD液晶投影显示系统中彩色偏振分色器件 ,从设计和制备上分析了多种S和P偏振器件并给出了设计结果 ,通过优化设计可以减小分色滤光片透射带内的波纹 ,探讨了制备过程并给出了测量结果 ,制备的器件及系统应用于液晶投影显示中 ,获得了良好的性能。

实现LED照明的自由曲面透镜设计

为在特定平面上实现所需照明,从而满足各类LED照明系统的要求,通过透镜的第一面球面和第二面自由曲面的两次折射实现LED的配光设计.根据给出的LED辐射特性和所需实现的照明面上的能量分布,并预先定义透镜球面的结构参量,可得到一组一阶偏微分方程,数值差分求解直接求得透镜的自由曲面.光源采用发光面积1×1mm2朗伯体发光的LED,视角180°,由自由曲面透镜得到的各种形状照明面的模拟均匀性皆接近90%,且能量利用率高于98%,编程解一阶偏微分方程组的计算时间少于20s.

利用微分方程数值解构造自由曲面反光器

为在特定平面上得到均匀照明,构造了一种自由曲面反光器.根据已知的光源发光特性和所需实现的照明面上的光分布,基于理论模型,结合立体坐标系和能量守恒定理,推导得到微分方程组.采用差分法求解微分方程组得到自由曲面反光器的面形数据.对得到的曲面进行了光线追迹模拟,光源分别采用均匀发光的点光源和面光源.模拟得到的照明面为旋转对称的圆形,两种光源的照明均匀性均接近90%,面光源的均匀性更高.通过单一自由曲面反射器实现均匀照明,不依靠方棒、复眼透镜等器件,有助于实现整个照明系统的小型化.

用于波分复用系统的多峰干涉滤光片

介绍了用于波分复用系统的多峰干涉滤光片的设计原理 ,提出了滤光片透射峰位置的确定方法 ,讨论了影响滤光片半宽度和截止度的因素 ,给出了滤光片的膜厚容差分析结果 ,表明透射率监控标准偏差在 <0 .5 %范围内 ,可以得到波形良好的多峰滤光片 。

方棒照明系统的光学扩展量传递分析

为优化方棒照明系统的整体性能 ,基于非成像光学的光学扩展量 ,对方棒尺寸与后继光学系统进行匹配 ,分析了光学扩展量经方棒传递后的变化 .理论分析和实验表明方棒的截面尺寸与入射光斑的半径在一定比率时系统具有最大光能利用率 ,在理想情况下方棒截面高度与入射光斑半径的最佳比率为 1 .5 35 ,实际系统中该比率需适当修正 .据此 ,提出了限制光斑进入方棒以提高整体照明系统效率的方法 .

用Zernike自由曲面设计弯曲屏幕超薄投影系统

基于非球面离轴反射式投影系统,提出了采用Zernike自由曲面取代非球面进一步优化系统结构的设计方法,并利用Zernike多项式与Seidel像差之间的关系,优化系统的成像性能.设计采用一片Zernike自由曲面取代四片非球面系统中的一片非球面,使投影系统的厚度从24 cm减为20 cm,边缘视场的调制传递函数(MTF)在50lp/mm时由45%提高到57%,中心视场及0.7视场的MTF由60%提高到了70%,两系统畸变均小于3%,且由于采用柱面弯曲屏幕设计,场曲均在18 mm以下.研究结果表明,应用Zernike自由曲面设计投影系统不仅可以提高光学系统的性能,而且可以实现更加超薄的系统结构.

金属薄膜亚波长微结构的光束集束器件设计

利用时域有限差分方法,模拟了P偏振光高斯光束入射到金属银亚波长细缝与光栅结构的透射情况.由于表面等离子激元波的影响,对称光栅结构透射光呈现对称出射,而非对称结构可以实现小角度定方向的光束集束现象.借助公式推导法及Helmholtz互易定理,可设计出平行入射P偏振光的光束集束器件.由于高斯光束本身的发散性及近场分布的需要,针对高斯光束的器件在结构参量上缩小了12%.在对其他结构参量的优化的基础上,实现了针对633nm高斯光束的对称出射及光束集束器件的设计.

红外区二维光子晶体偏振分光镜透射谱分析

采用时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)法模拟了垂直入射红外波段二维光子晶体偏振分光镜的透射谱,从而验证了用平面波展开方法计算的二维光子晶体能带结构.用电子束蒸发方法在光栅基板上制备了Ge/BaF2多层膜,实现了二维光子晶体偏振分光镜.实验初步证明了这种光子晶体在垂直入射时具有偏振特性,分析了实验结果与理论计算之间偏差的产生原因.

用于液晶投影显示的薄膜偏振分束器

为提高液晶投影机的光能利用率和图像对比度，设计了一种宽角度宽波长的光学薄膜偏振分束器（PBS）．采用多种薄膜材料产生多个Brewster角，通过优化膜层数目和膜层厚度，获得了宽角度宽波长的PBS．以SF57和SF2玻璃作为棱镜材料，采用TiO2、Ta2O5、Al2O3、SiO2作为薄膜材料，基于上述原理采用全自动的Needle设计方法，设计了4种典型膜系，优化后的膜层数目为50-60层，空气中的光束孔径角达到±10．5°，达到的技术指标为：对于P偏振光，在420-460nm和460-680nm波长范围内，积分透射率分别达到88．0％和93．4％；而对于S偏振光，在420-680nm波长范围内，积分透射率为0．095％．该PBS应用于F／2．8的光学系统中，能够显著提高整个系统的性能．

超高压汞灯光学扩展量的分析

基于非成像光学的光学扩展量概念,结合冷反光碗方程,将光源发光弧长内部的强度分布和角度分布作为权重函数,导出了出射光斑的光能量分布,分析了带反光碗的超高压汞灯出射光斑的光学扩展量。根据理论分析模型,实际模拟了输出光斑的光能分布与光学扩展量的关系曲线。为了验证分析方法的正确性,提出采用积分球测量光学扩展量和光能分布的方法,实验测量并验证了模拟得到的曲线,从而为照明系统的设计提供了有价值的参考。

新工科专业顶尖紧缺人才培养模式的探索——以光电信息科学与工程专业为例

作为具有多学科交叉融合特点的新工科专业中的光电信息科学与工程专业,在当前国家重大需求和产业经济发展诸多领域中发挥着越来越重要的作用。基于瞄准未来光电战略必争领域的前沿性创新和引领性突破,新工科对光电信息科学与工程专业顶尖紧缺人才在知识、能力、素质、人格和竞争力等方面的需求,提出泛工程人才培养新理念,从家国情怀、理论基础、创新实践、国际视野等维度入手,探索与实践精准培养光电专业顶尖紧缺人才创新模式。

世界著名大学精品课程赏析(一)——美国伊利诺斯大学的“IC器件理论与制造”

世界著名大学汇聚了当今顶尖的专业人才,对科学、工程及教育规律本身均具有更加深刻的认识和理解。深入了解国外著名大学与本专业相关的课程建设、教学方法、教学过程、教学质量保证体系,对于我们自身的课程改革和建设具有非常重要的借鉴作用。美国伊利诺斯大学的电气工程专业在美国同类专业中排名第二,其"IC器件理论与制造"课程,理论、实验兼备,在多个方面为我们树立了非常好的榜样。

基于表面等离子激元的亚波长器件研究

基于不同金属材料表面等离子激元耦合激发的传播深度和传播距离,提出选择器件材料的标准,其中银表现出最佳的特性.以入射波长为1050nm的p偏振光为例,利用时域有限差分方法,模拟了p偏振光高斯光束入射到金属银亚波长狭缝与光栅结构的传播特性,证明这种结构具有透射增强及定向耦合输出功能.入射面光栅对输出光的主要贡献是透射增强,出射面光栅主要对输出光的远场分布特性产生影响,光栅凹槽数目和深度对透射增强作用具有最佳化参数,透射强度与亚波长狭缝深度之间的关系呈周期性变化特性.

构建教、学、研一体的“光电导论”课程体系

针对传统专业导论课程灌输式的讲座教学缺点,本文提出以“教、学、研”三点为主线的“光电导论”课教学理念,构建了“授课、调研、实践并重”的教学内容、“同伴协作、对话课堂”的教学方法和“多元化、档案式”的考核模式。实践表明,课程教学不仅实现了专业认知,还培养了学生的科学素养与研究性学习能力。该教学体系有效提高了导论课质量,对同类导论课程建设与教学实践具有可借鉴意义。