基于Matlab GUI设计的光学实验仿真

采用Matlab GUI设计对光学实验进行仿真,界面丰富直观,可以直接在界面中输入和改变参数而不需要改变原程序,直观地分析各参数的变化对实验结果的影响。为光学理论分析与实验教学提供了方便,为相关课件的设计提供了新的途径。

一种提高OLED基底出光效率的亚波长光栅设计

为了提高OLED出光效率,在OLED基底表面设计了二维连续表面亚波长光栅。利用等高台阶逼近的方法近似连续表面光栅结构,并结合等效介质理论和薄膜光学原理,设计光栅参数:刻蚀深度0.29μm,周期大小0.165μm,底边直径与周期的比值等于1,可以实现宽光谱、广角度的高透射率。利用时域有限差分方法仿真计算了该光栅对OLED基底出光效率的影响,结果表明,出光效率最高可提高30%。

锥状微结构阵列提高OLED出光效率的研究

为提高OLED出光效率,在OLED基底上设计锥状微结构阵列,通过几何光学和光线追迹方法分析了锥状微结构对OLED出光效率的影响。结果表明:锥状微结构阵列最大可以提高60%的出光效率;锥状微结构阵列的占空比、材料折射率和坡度角对出光效率有较大影响;锥状微结构阵列不会改变OLED的辐射角,且有一定的聚光作用。结果为提高OLED出光效率提供一种新的参考和方法。

量子通信的研究进展和发展前景

量子通信是经典通信与量子力学相结合的一门新兴的学科.由于其具有传输速度快、保密性好、可实现远距离通信等优点,引起科学家们的极大兴趣.文章介绍量子通信领域的最新研究进展,并展望其发展前景.

微透镜阵列提高LED多芯片封装取光效率的仿真

提出在LED多芯片平面封装表面添加微透镜阵列,以提高取光效率。仿真分析了微透镜阵列的半径、间距和排列方式等对取光效率的影响。分析结果表明,通过在封装平面添加微透镜阵列,可以极大地提高取光效率,微透镜的填充因子是影响取光效率大小的关键因素,填充因子越大,则其取光效率越高;微透镜的排列方式对出射光强的分布也会产生影响。

微透镜阵列在提高OLED取光效率中的应用

有机电致发光二极管(OLED)具有寿命长、节能、绿色环保等特点,有望成为下一代重要光源。制约OLED发展的一个重要障碍是其取光效率较低。为了提高OLED取光效率,研究者进行了大量的研究,其中应用微透镜阵列提高OLED取光效率是一种重要方式。文章简单分析了微透镜阵列提高OLED取光效率的原理,综述分析了各种结构特征的微透镜阵列在提高OLED取光效率中的应用,总结了在OLED基底表面制备微透镜阵列的方法、优缺点,以及应用微透镜阵列提高OLED取光效率的最新进展和发展趋势。

TracePro在“光的偏振实验”中的应用

为提高光的偏振实验教学效果和教学质量,在教学中引入专业的光学设计软件--TracePro,利用该软件仿真了光的双折射过程和现象,以及偏振片的原理;建立光的偏振实验系统实体模型,完成光的偏振态判断实验;仿真光通过波片后的偏振态转换现象;验证马吕斯定律,并仿真了多层介质膜对光的分离和旋光现象.结果表明该方法可以提高教学效率,激发学生探索科学的主观能动性,仿真结论与理论推导和实际实验结果一致.

时间分辨一阶导数光谱实现技术

设计一套时间分辨导数光谱的实验装置,用三棱镜对从单色仪出射的波长为λ的单色光进行光强分束,利用斩波器的时间分辨作用获得了双波长光束,同时利用斩波器的互补调制功能使这两束光实现差分,得到一阶导数光谱。通过实验验证了该方法可以快速准确地实现一阶导数光谱,而且导数谱比其零阶谱具有更高的分辨率。

基于相位编码的三维测量技术研究进展

结构光作为一种非接触式主动三维测量方法得到了快速发展。基于结构光原理的相位编码方法将码字以相位的形式嵌入到条纹的强度中,由于使用相位而不是强度来确定码字,对表面对比度、环境光和相机噪声不敏感,具有较强的鲁棒性。文中回顾了基于相位编码的三维测量技术研究进展,综述了基于相位编码的三维测量原理,包括初始相位的设计方法、编码条纹的产生方法、相位计算方法、条纹级次的获取与校正以及最终绝对相位的获取,给出了相关的实验结果,并指出了相位编码方法中的优缺点。最后,讨论了该技术面临的挑战,并指出了该领域今后的发展方向。

基于条纹投影轮廓术的相位-高度映射标定方法

在基于条纹投影轮廓术和转台辅助的360°三维形貌测量中,使用移动工作台标定系统几何参数时存在操作复杂、携带不便的问题。文中提出了一种基于相机、投影仪、计算机和转台组成的转台的单目全景三维形貌测量系统的柔性标定方法。该算法主要利用转台和标记点完成系统几何参数的标定。对于完整的标定过程,该方法仅要求相机捕捉参考面的变形条纹图像、旋转后标定平面上的变形条纹图像以及旋转后的标记点图像。与传统方法相比,该方法更加方便、省时。新的相位高度映射标定方法用于重建高度为10.000 mm的标定平面,结果为10.047 mm。实验验证了所提方法的有效性。

基于RGB-D的深度图像修复算法研究

针对Kinect设备获取的原始深度数据不稳定的缺点,尤其是存在较大噪声及空洞的问题,文中提出结合彩色图引导填充空洞并滤波的深度修复算法。利用灰度图分离出空洞区域,并进行区域标记;分析判断空洞点的位置,结合彩色图对空洞进行填充;针对图像边缘部分的噪声,采用改进的中值滤波算法,滤除噪声。与目前主要的深度滤波修复的方法相比,所提算法充分利用了深度数据与彩色图,并在处理过程中使用大量的基本图像处理算法。实验结果表明,所提算法很好地解决了空洞与噪声的问题,能够较好地修复深度数据。

柔性凹微透镜阵列的制作、测试与形变分析

使用弹性膜软光刻方法,制作了冠深为3μm,底面直径为25μm,焦长约64.05μm的柔性凹微透镜阵。本文给出了制作柔性凹微透镜阵列的详细工艺流程,并使用金相显微镜、台阶仪、三维显微成像系统等分别对凹微透镜阵列的三维形貌,光学性质进行了测试。测试结果表明凹微透镜阵列三维形貌清晰,光学性质良好。本文也使用有限元分析方法对施加分布载荷的柔性微透镜阵列的形变作了分析。分析结果表明,载荷的增加使得曲面微透镜阵列的形变增加,阵列的曲率半径减小,阵列两端的形变程度要高于阵列中部的形变程度。

一种基于结构光条纹投影的微小物体测量系统

为了通过结构光投影的方法测量微小物体,构建了一套微小物体三维形貌测量系统,视场范围可达1.8 cm×1.6 cm。这套测量系统利用了Light Crafter 4500数字投影组件的高速投影、立体显微镜的低畸变缩放、远心镜头的大景深与低畸变成像的特性。先利用立体显微镜对Light Crafter 4500投影的相移条纹图进行低畸变缩小,再投影到待测物体表面,采用配有远心镜头的相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹,利用三步相移法计算出条纹对应的截断相位图,再根据可靠路径跟踪相位展开算法求取连续的相位分布,重建被测物体的三维表面形貌。实验成功重建了以BGA芯片为代表的微小物体表面三维形貌。实验结果表明,系统测量精度达到11μm,系统的有效深度测量范围为700μm。

一种精简点云的快速配准算法

针对三维重建过程中点云数据存在的配准速度慢、精度低问题,提出一种精简点云的快速配准算法。先采用自适应栅格法对点云数据进行精简;在点云数据精简的基础上,运用快速ICP算法进行配准,即采用法向量的变化提取初始特征点,并使用RANSAC算法获取初始配准点集,完成粗匹配;再通过最小二乘法迭代计算最优的坐标变换,完成点云的精匹配。实验结果表明,所提算法在保证良好的原始点云数据的几何特征的同时,有效减少点云数据的冗余量,提高了运行效率和匹配精度,为实时三维重建提供了有效保证。

基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法

在现有的针对复杂物体表面形貌的三维测量方法中,为了完成绝对相位的测量,通常需要处理至少6幅条纹图像,限制了测量速度。提出了采用2幅正弦条纹和2幅三角波条纹图来获得物体三维形貌的方法。利用两步相移正弦条纹和两步相移三角条纹得到截断相位,再利用两步相移三角波条纹得到条纹级次,减少了投影条纹幅数,提高测量速度。在得到条纹级次时,计算三角波条纹强度调制和强度对比度,与计算相位相比,可以减少数据处理的时间,进一步提高测量速度,同时能减小物体表面反射率的影响,提高了测量精度。测量最大高度为39mm的阶梯状标准块,得到的最大绝对误差和最大的RMS误差分别为0.045mm和0.041mm。验证了该方法的有效性和实用性,在高速实时的复杂形貌三维测量中有广泛的应用前景。

一种快速时间相位展开方法

为了实现物体形貌的快速三维测量,提出了一种基于四步相移的快速时间相位展开方法。与传统四步相移不同,增加了2幅相连周期相移量相差为π的条纹图。根据四步相移条纹图获取包裹相位,通过增加的2幅条纹图结合四步相移条纹图中的2幅获得辅助相位。最后通过包裹相位和辅助相位共同确定条纹级次,所得条纹级次不易出错。与格雷码和相位编码方法相比,该方法只需要6幅条纹图且算法简单,可以实现物体形貌的快速测量。实验结果验证了所提方法的可行性,测量的均方根误差(RMSE)为0.037 mm。

基于DMD消除零级光斑的计算全息显示

在基于DMD(Digital Micromirror Devices)的计算全息系统中,全息图的零级光斑以及多级衍射对光学重建图像的质量影响很大。本文提出了改进光路系统实现对计算全息重建图质量优化的方法。该方法在G-S算法下,通过在空间光调制器后方增加一个透镜和光阑;使经过空间光调制器衍射后的光线经过傅里叶透镜会聚,再将光阑放置在透镜的后焦面上。通过左右平移光阑的位置,使其在零级光斑和多级衍射的中心,从而滤除零级光斑和多级衍射来获得更高质量的重建像。本文中的光路也节约了空间占有率。实验采用了二维字母CGH和三维茶壶图像进行验证,证明该方法在一般情况下的可行性。

一种Riemann-Silberstein光子波函数及其特性

本文讨论了一种六-矢量Riemann-Silberstein光子波函数,及其分别在坐标表象和动量表象下的形式、物理意义及特性。结合光与物质微观相互作用问题,对Riemann-Silberstein光子波函数在近场光学理论研究方面的应用进行了初步探究。

一种实现光声光谱的导数光谱的新方法

提出了一种实现光声光谱的导数光谱的新方法,为了获得光声光谱的导数光谱,利用一台单色仪和一个分光棱镜研制成一个波长光强分束器,并用这个波长光强分束器同时获得两束光强相等而波长有微小差别的两束光,这两束光经过一个互补调制器调制后在光声探测器内叠加,可以实现光声信号的差分,扫描单色仪的波长,就可以获得光声吸收光谱的导数光谱。实验证明这种方法可以准确实现光声光谱的一阶导数光谱,而且导数光声光谱比光声吸收光谱具有更高的光谱分辨率。

一种制作凹形聚二甲基硅氧烷微透镜阵列的方法

提出一种制作凹形聚二甲基硅氧烷(PDMS)微透镜阵列的方法。用数字微镜器件(DMD)代替物理掩模,建立数字灰阶无掩模光刻系统,在光刻胶上制作正方形基底凸形微透镜阵列,以此阵列为母板,采用复制方法,制作了高填充因子的正方形基底凹形PDMS微透镜阵列。实验和测试结果表明:数字灰阶无掩模光刻系统制作的微透镜阵列表面光滑,形貌良好;复制的PDMS微透镜阵列边缘清晰,表面光滑,焦面光斑光强均匀。为制作凹形微透镜阵列提供了一条制作简单、效率高、成本低、可大规模制作的新途径。