基于GRETA正则表达式的SLM 3D打印机控制系统译码模块设计

为实现SLM 3D打印机控制系统对3D打印切片软件生成的控制代码进行准确、高效的译码工作,利用GRETA正则表达式开发了SLM 3D打印机控制系统译码模块。此译码模块充分利用了GRETA正则表达式中rpattern对象与放置替换结果的容器subst_results,在控制代码的预处理、词法检查、语法检查以及加工信息提取过程中,均采用正则表达,按照匹配替换、提取替换结果的操作模式设计了译码模块。程序仿真测试结果表明,该译码模块能够满足SLM 3D打印机控制系统对译码工作的要求。采用GRETA正则表达式与层次化的编程方法,提高了所设计译码模块的可移植性、可扩展性。

光学课程中光栅内容的延伸与拓展实验

光学课程是应用物理学和光电信息科学与工程专业一门重要的专业基础课程,与专业方向密切相关,强调理论与实验相结合.针对光学课程的特点和教学要求,我们探索教学方法和形式的改革,把光学前沿研究实验与光学基础理论知识结合,通过拓展实验加深学生对基础知识的理解,提高学生对相关光学前沿研究的兴趣.以涡旋光产生的实验为例,探讨基于空间光调制器从设计和制备光栅到光栅衍射,加深学生对光栅和光栅衍射的认识和理解;从涡旋光进一步认识光场的空间强度分布、螺旋相位和轨道角动量,激发学生对光学前沿的研究兴趣.实践表明,新的光学前沿拓展实验能增强学生的学习兴趣,提高教学质量,激发学生的研究和探索热情,有利于培养学生的创新意识和创新能力.

LC-SLM的光学调制特性及其在全息中的应用

液晶空间光调制器是实时光学信息处理中的重要器件,本文分析了液晶空间光调制器的光学调制特性及其目前在全息领域的主要应用。并根据液晶空间光调制器实时再现计算全息图的原理,提出利用计算全息技术得到单元合成全息图阵列,通过计算机控制向液晶空间光调制器输出合成全息图序列进行实时光电再现进而实现合成全息动感的方法,分析了基本原理和实现方法并给出了相应实验结果。

LC-SLM调制传递函数的实验研究

根据液晶空间光调制器调制传递函数的定义和测量方法,建立了测量LC-SLM调制传递函数的实验系统,对EPSON 0.9 in L3D09H-41C00型液晶空间光调制器的调制传递函数进行了测量,得到了调制传递函数曲线,并对实验测量结果进行了分析和讨论。

SLM相位调制特性对产生光学涡旋的影响

利用基于空间光调制器(SLM)的动态全息技术,能够产生高轨道角动量的光学涡旋,在光学微操纵中具有更大的优势。针对动态全息技术产生的光学涡旋存在强度调制这一现象进行了研究,通过分析SLM的相位调制机制,主要讨论了SLM的相位调制范围对产生光学涡旋的影响,结果表明:SLM的相位调制范围偏离理想值是产生光学涡旋存在强度调制的原因;SLM相位调制范围与产生的光学涡旋场强度对比度在一定范围内基本成线性关系。对光学涡旋场的最大、最小强度变化情况也做了讨论。

相位光栅衍射法测量高灰阶LC-SLM相位调制特性

为测量高灰阶液晶空间光调制器(LC-SLM)整体相位调制特性,引入二维棋盘形相位光栅衍射测量方法。根据傅里叶光学原理,经过理论推导和仿真分析得到零级衍射光强与相位调制量之间的关系。搭建含有参考光束的衍射实验系统,通过适当的光斑图像处理计算出零级衍射相对光强,从而获得相位调制特性曲线,并与干涉测量法实验结果进行对比。实验结果显示两种方法得到的调制曲线高度相似,相关系数达0.996;表明相位光栅衍射法能用于测量LC-SLM整体相位调制,可获得2π相位调制范围内的特性曲线。最后分析衍射法与干涉法的特点与局限,可为实际测量提供有益参考。

基于OMAP的SLM控制器在数字全息系统中的应用

在传统的数字全息系统中,由于采用PC机控制空间光调制器（SLM）,系统容易出现结构复杂、体积庞大以及成本高等问题。针对数字全息系统小型化的需求,提出了一种基于TI OMAP嵌入式平台下的SLM控制器方案,使用嵌入式系统取代传统的PC机来控制SLM,实现串口控制、图像预处理、图像采集等功能。实验结果表明该方法能实现与PC机控制SLM相同的全部功能,且有效地降低了全息系统及其它基于SLM的光学系统的总体尺寸和成本,为数字全息系统的小型化设计提供了一种新思路,有助于数字全息系统的发展。

一种降低OFDM/OQAM系统峰均比的C-OSLM联合算法

针对正交频分复用/交错正交幅度调制(OFDM/OQAM)系统由多个子信道叠加而引起高峰均比的问题,提出了一种基于OFDM/OQAM系统的重叠选择映射与限幅联合算法(C-OSLM)。该算法基于改进型重叠选择映射法(IOSLM)以两种方式引入限幅法,同时对码字数、限幅率(CR)进行优化以保证在误码率不变的条件下提升峰均比抑制性能。仿真结果表明,C-OSLM算法在保证OFDM/OQAM系统误码性能的同时,大幅降低了峰均比。

利用莫尔条纹测量物体三维形貌新方法研究

提出了以计算机控制光栅产生莫尔条纹来测量物体三维形貌的新方法.利用计算机控制空间光调制器(Space Light Modulator,SLM)产生可控制幅度及位相的理想光栅,将平行光波投影到待测物体上,其反射光通过参考光栅形成莫尔条纹,利用CCD接收并进行数字图像处理,恢复出待测物体的三维形貌.对此方法进行了理论分析,推导了变形莫尔条纹与待测物形貌变化的关系式.利用MATLAB对此关系式进行仿真计算,其准确度可达0.011μm.

可编程菲涅耳相位透镜应用于多平面全息投影

研究了基于菲涅耳相位透镜实现多平面全息投影的方法,采用硅基液晶相位调制器建立了多平面全息投影系统.首先,利用可编程菲涅耳相位透镜代替傅里叶透镜,将计算机生成的相位全息图与菲涅耳透镜的相位结合;其次,基于时分复用和空分复用原理提出了加载菲涅耳相位透镜与相位全息图到相位空间光调制器上的两种方法;最后,讨论了在多平面全息投影中每个单一平面实现旋转物体动态360°视角显示的方法.实验结果表明:在距离硅基液晶分别为500、800、1 100和1 400mm处的四个重构平面可以获得全息投影图像;通过动态地改变菲涅耳相位透镜的焦距,可以实现多平面全息投影.

基于空间光调制器和CCD的衍射光学实验系统

开发了基于空间光调制器(SLM)和数码摄像机(CCD)的新型衍射光学实验系统。用SLM取代掩模板,用AutoCAD、Matlab等绘图软件,在PC机屏幕上绘制小孔、狭缝以及复杂的几何图形,再通过接口电路传输到SLM。用扩束准直后的激光束照射SLM,通过透镜在其后方借助CCD实时观察各图案的衍射图像,可对其菲涅耳与夫琅和费衍射特性进行观察和在线测量分析。该系统能够完成典型几何图案、小孔狭缝、多种形状随机分布孔等三类对象的衍射实验。系统实时性好,衍射图像可存储和处理,灵活方便。

基于空间光调制器的HDR图像获取方法

提出一种利用空间光调制器对物方光线进行调制并多次曝光的方法来获取HDR图像.讨论了该方法的原理,并根据原理搭建实验装置进行了实验.实验装置中以LCOS作为空间光调制器,以CMOS作为成像传感器,通过多次曝光获得系列图像,利用图像合成算法生成HDR图像.该方法具有实时性好、扩展性强、成本较低等优点.

飞秒激光全息并行加工中的多焦点均一性

为了提高飞秒激光加工的效率和灵活性,设计了一套飞秒激光全息并行加工系统,并对该系统中加载计算全息图(CGH)生成的多焦点均一性和空间位置分布的关系进行了研究。首先,将空间光调制器(SLM)引入飞秒激光加工光路;然后,采用GS(Gerchberg-Saxton)算法设计了直线型和三角型分布的三焦点阵列。最后,通过数值仿真和实验研究比较了用两种不同空间分布的焦点列阵设计的全息图对均一性的影响。结果表明,在焦点阵列间距较小的情况下,直线型分布设计的焦点阵列不易获得好的均一性,三焦点U仅有79%;而用三角型分布焦点阵列设计时,可以获得很好的均一性,三焦点U约等于100%。实验数据表明,三角形分布的三焦点可以实现高质量的并行加工,加工的半球状微结构阵列具有微透镜阵列的功能。

白光在LiNbO_3∶Fe晶体中写入的任意折射率分布光波导

在理论分析Li NbO3∶Fe晶体中光致折射率变化分布与写入光的强度分布之间关系的基础上,提出了一种在该晶体中写入具有任意折射率分布光波导的新方法.利用由白光经电寻址空间光调制器得到的强度分布不同的片光辐照晶体,分别写入了折射率呈误差函数分布和平方律分布的光波导结构.采用干涉法测量了晶体中的光致折射率变化,并用推导出的折射率变化分布解析表达式很好地拟合了测量数据.实验结果表明,该方法是可行的.利用白光光源结合高分辨率的空间光调制器有望在多种光折变材料中制备出具有任意折射率分布的高质量光波导.

基于空间光调制器的波面重建优化方法研究

针对不同非球面面形的实时检测需求,研究了基于空间光调制器的标准波面重建技术.基于空间光调制器波面重建的原理设计了干涉测量系统,依据空间光调制器的自身特点选取修正离轴计算全息编码方式实现对标准球波面的编码.针对实验中空间光调制器作为全息再现介质引起重建波面质量下降问题,提出了错位叠加优化方案,并将这一过程进行了模拟实验.结果表明,基于错位叠加方法的重建波面均方差值提高了近4.45倍.研究成果为非球面检测过程中标准波面的获取提供了可靠的理论基础.

面向真三维立体显示的数字微镜器件应用研究

数字微镜器件(DMD)专门用于对空间光进行振幅和相位调制。针对DMD特有的MEMS结构和μs级响应速度,提出将DMD作为空间光调制器(SLM)来实现高性能真三维立体显示系统。研究了DMD的工作原理,进行了DMD专用显示控制模块和通用控制算法的设计,实验结果表明:DMD响应速度远远优于振镜,用DMD构建简洁型的真三维立体显示系统,对提高系统处理速度和显示性能是非常有利的。

利用空间光调制器的衍射特性提高VLC输出相关峰值

Vander Luget相关器(VLC)中,由于空间光调制器(SLM)像素的周期性结构,在匹配滤波面上会产生目标图像的多级衍射谱。为了提高VLC输出的相关峰值,在不同级衍射谱处同时加载了匹配滤波器进行匹配滤波。理论分析表明,各级谱输出的相关点在输出面上位置相同,相干叠加的结果会使输出相关峰值提高。实验结果表明,和只对0级谱进行匹配滤波的情况相比,对目标图像的多级衍射谱同时进行匹配滤波可使平均输出相关峰值提高约32%,该方法能有效提高VLC的输出相关峰值。

用空间光调制器实现全息再现像的实时重构

针对目前实现大视角数字全息图实时动态再现的难点,提出了一种基于液晶空间光调制器用分时再现原理实现大视角数字全息图实时动态显示的新方法。分析了大视角全息图的计算原理和利用空间光调制器进行分时再现的技术原理,并提出了空间多屏拼接的方法。利用经改造的液晶背投影光学引擎系统设计了实验系统,对计算得到的全息图阵列进行了相应的处理以符合原投影系统RGB信号的传输,处理后的全息图阵列由计算机控制以60Hz的频率输出到光学引擎。实验结果表明,可以观察到大视角全息图的动态再现像。

大尺寸物光波面彩色数字全息高质量重建研究

为解决检测面尺寸较大时CCD难以得到高质量数字全息图的问题,本文利用负透镜设计光学系统让CCD接收来自物体的缩小虚像,以球面波为参考波,使用单色CCD近距离得到三种色光照射下的大尺寸彩色物体的数字全息图,然后采用可控放大率波面重建算法得到同一尺寸的数字全息重建像,合成彩色数字全息重建像.同时,使用两种消零级方法去除零级干扰,提高重建像质量,一种方法利用空间光调制器相移技术在参考光中加入一次任意相移,记录两幅数字全息图,消除重建零级像;另一种方法使用"无干扰全息图"消除重建零级像及共轭像.本文讨论结果可为大物体彩色数字全息及多波长数字全息检测应用提供有益的参考.