菲涅耳型衍射光学元件的研究

本文在衍射理论基础上，深入分析了菲涅耳型衍射光学元件的特性，针对连续及二元浮雕结构，建立了位相深度因子（M），波长匹配系数（α）与衍射效率的关系式，对影响衍射效率的因素进行了讨论．研究了设计与工艺的匹配问题，建立了数值孔径，最小特征尺寸与衍射效率的关系，为不同波段衍射光学元件的应用，及设计和评价衍射光学元件提供了有效的理论方法．本文最后举例分析了用于白光波前传感器中的小数值孔径微透镜列阵的性能，并对衍射效率及传递函数两个综合指标进行了测量．

菲涅耳区衍射光学束匀滑器件的设计

采用精细化设计方法 ,进行了菲涅耳区衍射光学束匀滑器件的设计 ,利用爬山 模拟退火混合优化算法 ,获得了真实的束匀滑分布 ,不仅控制了算法采样点上的光强分布 ,还控制了其他非采样点上的光强分布。优化得到的束匀滑器件的位相深度小于π ,易于后续加工。

线宽误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响

基于标量衍射理论，首先得出存在线宽误差情况下４阶菲涅耳透镜衍射效率的解析式；并以 ４阶、８阶和１６阶菲涅耳透镜为例，进行计算机模拟计算并系统分析线宽误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响．通过实验测量１６阶菲涅耳透镜的线宽误差，分析其对１６阶菲涅耳透镜衍射效率的影响．模拟计算结果对多阶菲涅耳透镜的制作提供重要的理论指导．

对准误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响

基于标量衍射理论 ,在傅立叶光学的基础上 ,首先得出存在对准误差情况下 4台阶菲涅耳透镜衍射效率的解析式 ;并以 4台阶、8台阶、16台阶菲涅耳透镜为例 ,系统分析对准误差对衍射效率的影响并进行计算机模拟研究。模拟计算结果对正在进行的

双Wollaston棱镜光强分束比研究

利用折射定律和菲涅耳公式,研究了双Wollaston棱镜的光强分束比随入射光波长、棱镜结构角以及入射角等参量的变化关系,并进行了实验验证.结果表明:光强分束比随入射光波长的增大呈线性递减趋势;棱镜的结构角越小,光强分束比也越接近1;入射角对光强分束比的影响基本呈二次曲线型变化;当光正入射时,光强分束比最接近于1.给出了理论曲线和实验值的对比.

可用作分光元件的二元菲涅耳透镜

根据菲涅耳衍射理论,采用微光学元件制作技术,通过三次套刻制作出八位相台阶的二元离轴菲涅耳透镜。这种微型光学元件同时具有色散分光和聚焦功能,用来作为分光元件时,具有较高的光谱分辨本领和衍射效率。实验测出其衍射效率大于68%。

组合式免跟踪聚光光学系统设计（英文）

针对当前聚光光伏系统中自动跟踪系统故障率高及跟踪成本大等问题,提出了一种由线聚焦菲涅耳透镜、反射式二次聚光器和全反射棱锥组成的组合式免跟踪聚光光学系统,论述了各组成元件的工作原理与设计方法。在光学设计软件Zemax里对该系统进行结构优化与仿真分析,结果表明,在俯仰角最大为16°时,该系统的平均聚光效率为24.1%,与FRS系统相比提高了18.7%。集成了基于组合式免跟踪聚光光学系统的免跟踪聚光光伏模组,初步测试结果表明,该模组在非跟踪状态下光电转换效率最高达到19.6%,4 h后光电转换效率仍能达到5.9%。

用微光学技术制作位相型聚焦光栅

根据菲涅耳衍射理论,采用微光学制作技术通过3次套刻,将8位相台阶的菲涅耳波带片和平面光栅组合制作在同一块基片上,构成同时具有色散分光和聚焦光谱线功能的位相型光栅。这种光栅具有较高的光谱分辨本领和衍射效率,而且光路简单,调节方便。实验测出的衍射效率大于71%。

新型梯形多焦点菲涅尔透镜聚光器设计方法

线性菲涅尔系统是主流光热发电方式中成本最低的系统,有良好的发展前景。针对菲涅尔系统聚光均匀性和热经济性问题,采用光学软件Tracepro和有限元软件COMSOL耦合的方法模拟太阳能聚光系统的聚焦过程,提出了一种新型梯形多焦点菲涅尔透镜聚光器设计方法。通过均匀分散透镜和反射镜聚光焦点,提高集热器聚光均匀性,降低因集热不均而产生效率问题和安全性问题的风险,并采用新型耦合应变的边界热源,可以在简化模拟的同时提高模拟的准确性。结果表明在入口温度为423.15 K、流速为0.2 m/s下集热管表面的温差仅为1.1 K,最大周向热应变量为0.72 cm,同工况下的传统菲涅尔透镜聚光系统表面温差为71 K,最大应变为2.0 cm。因此,梯形多焦点菲涅尔透镜聚光系统有更好的安全性,对光热发电技术的推广有积极的作用。

超精密车削单晶硅菲涅耳光学元件的金刚石车刀的试制

从菲涅耳光学元件的特点出发,分析和解决了金刚石试制中的有关问题,如金刚石和刀具主要参数的选取,主要加工设备的性能要求和工艺流程的制定等。

阵列位相环匀光器

基于衍射光学中的角谱理论,针对一种分布为同心3环、相位为0.9π,0和0.9π的结构进行深入分析,提出一种10×10的3环2值位相环阵列结构,并与二元光学中的10×10的菲涅尔波带片阵列结构进行比较,应用MATLAB软件仿真632.8nm激光器的高斯光通过二者后的效果。结果表明,阵列3环2值位相环对高斯光的匀光效果要明显优于阵列菲涅尔波带片,该阵列可以对激光束在远场的衍射光场进行修正,能较大地改善高斯光的匀光效果,在光均匀性要求较高的场合具有广泛的应用前景。

非晶氮化硅分束－聚焦集成二元位相型光学元件

报道了自行设计的将二维Ｄａｍｍａｎｎ光栅和Ｆｒｅｓｎｅｌ波带板集成为一体的同时具有分束和聚焦功能的二元位相型光分束器，并用等离子体增强化学汽相淀积法（ＰＥＣＶＤ）制备的非晶氨化硅（ａ－ＳｉＮｘ：Ｈ）薄膜制作了这样的元件，成功地实现了设计的功能，分束阵列为３×３，焦距１８ｃｍ，分束后的光强分布相对误差小于５％．

利用分数傅里叶变换设计衍射光学元件

讨论了分数傅里叶变换与菲涅尔衍射的关系,提出球面衍射过程就是一种具有尺度因子的分数傅里叶变换,并应用分数傅里叶变换进行衍射光学元件的设计。

一种新型微分滤波器

用二元光学的方法将具有滤波功能的交叉光栅和具有聚焦功能的菲涅耳波带片组合成一个复合位相型元件，用它对光学图像微分，具有光路简单、调节方便、衍射效率高、效果良好等优点．用菲涅耳衍射理论讨论这种新型微分滤波器的图像微分原理，介绍这种新型滤波元件的制作方法。

用二元组合光学元件产生多重像

报道了一种用离轴型二元组合光学元件产生多重像的新方法。此元件集Ｆｒｅｓｎｅｌ波带板和二维Ｄａｍｍａｎｎ光栅为一体，同时具有分束和聚焦功能。应用时无需成像透镜。分束点阵为９×９，焦距为８２３ｍｍ。当物的频谱面和二元组合光学元件的平面重合时，在与物面共轭的像面上产生同一物的９×９个多重图像，排列与分束阵列相同，图像清晰均匀．光强相对误差小于５％。

具有分束和聚焦功能的氮化硅二元位相型光学元件

报道了自行设计的将二维Ｄａｍｍａｎｎ光栅和Ｆｒｅｓｎｅｌ波带板集成为一体的同时具有分束和聚焦功能的二元位相型光分束器，并用等离子体增强化学气相淀积法（ＰＥＣＶＤ）制备的非晶氨化硅（α－ＳｉＮｘ：Ｈ）薄膜制作了这样的元件，成功地实现了设计的功能，分束阵列为３×３，焦距为１８ｃｍ，分束后的光强分布相对误差小于５％。

衍射光学技术发展历程及应用

衍射光学元件已广泛应用于光学传感、光通信、计算成像、激光光束整形、生物医学、光学数据存储等领域。首先,总结归纳了基于标量衍射理论衍射光学元件在各个阶段的发展脉络,衍射光学元件的发展可分为菲涅耳波带片、全息图及相息图、二元光学元件及衍射光学元件四个阶段,针对各阶段衍射元件分别分析其设计原理、结构特点、加工难度、衍射效率及在现实中应用可能性。其次,对基于矢量衍射理论衍射光学元件进行概述。最后,对当前衍射光学元件在传统和新型成像系统及非成像系统中的应用进行总结,整理出当前衍射光学元件发展中存在问题并根据对应问题给出未来发展趋势的预测,能够对今后衍射光学元件的研究有一定指导意义。