从几何光学研究负折射率透镜的有限尺寸效应(英文)

从几何光学理论证明了 ,在左手系材料 (负折率材料 )透镜中存在完善聚焦的概念。当该透镜的尺寸可以认为是无穷大时 ,该透镜是无几何像差透镜。进一步考虑了有限透镜孔径对成像面上成像质量的影响 ,模拟结果表明 :成像面上亮度对比度分布不均匀 ;且随着透镜孔径大小与厚度的比值减小 ,像的对比度将会增加。

基于梯度折射率透镜的管道内窥镜设计

针对管道测试的需求,将梯度折射率透镜的光学性能与显微镜相结合,设计了具有大景深的管道内窥镜光学系统.在保证所需放大倍率的同时,利用梯度折射率透镜介质折射率渐变的特点,使该系统的景深增大为原来的200倍.该系统像面近似球面的特点使其更适合圆形管道内壁的检测,当它与CCD等器件相结合,不仅实现管道内窥镜的数字化测试,而且能通过监视器在更大景深范围内、方便的监测管道内壁的裂痕、磨损等清晰的图像.

LED和梯度折射率透镜投影系统光路设计

现有的数字光处理投影(DLP)系统采用色轮和中继透镜等元器件,由此导致投影系统结构复杂。针对现有技术的缺陷,本文设计了一种以三色LED作为照明光源,以梯度折射率透镜形成平行光的新型DLP投影系统。和传统的投影系统相比,减少了色轮、中继透镜、反射镜等元器件,简化了光学系统的结构。借助于Tracepro软件进行了模拟与仿真,对光线追迹的结果进行分析,分析得到整个投影系统的光斑均匀性为96.9%。结果表明本设计使投影系统的光路得到了简化,光斑的均匀性也得到了改善。本设计只需要选择合适的投影镜头,就可以消除LED面光源宽度过大对投影光斑的影响。

基于梯度折射率透镜的关节镜光学系统设计

关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/10"CCD关节内窥镜成像。系统具有60°视场角,F数为6,工作距离从∞～5mm,各视场的调制传递函数(MTF)在125lp/mm时达到0.2以上,分辨率达到4μm,且各组态点列图均小于艾里斑半径。光学结构总长204mm,最大镜头口径小于4.6mm,根据关节镜的使用特点,系统满足使用要求。

基于梯度折射率透镜的850nm光互连模块的研究

设计了波长为850 nm的4×4阵列光互连模块,利用ZEMAX软件对使用双柱面透镜和梯度折射率透镜的系统光路进行了模拟计算,通过比较,设计最终采用了对准容差更大的850nm梯度折射率透镜。利用1×4的梯度折射率透镜阵列将1×4的850 nm垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列和2×4的Si探测器阵列连接起来,经对准后组装成了1×4的线列光互连模块,模块的信号电流/串扰电流比大于0.53×105。

一种测量变折射率透镜阵列（SLA）的传递函数的新方法

本文提出了一种与计算机技术相结合、利用ＣＣＤ像感器件测定变折射率透镜阵列传递函数的方法，该方法比较接近于变折射率透镜阵列有实际使用环境，精确度高，测量速度快，而且简便易行，测量结果也较为全面。该方法已用于光电图文扫描仪中变折射率透镜阵列的设计及测量，并获得了满意的结果。

应用梯度折射率透镜的光纤加速度计系统中的光功率耦合分析

研究了在光功率分布为高斯分布的情况下,光纤加速度计系统中光功率耦合的数学模型,并着重分析了几种情况下位移与光功率耦合之间的关系。通过对理论曲线的分析找出良好的线性区间,为该类加速度计的研制提供了科学依据。

基于变折射率透镜原理的水波控制方法

通过理论推导和数值模拟验证,对基于变折射率光学透镜原理设计特殊变密度流体域来控导水面波的机理开展了研究。研究结果表明,依据让光线转向的Eaton透镜设计的变密度流体域可以让平行入射的水面波转向传播,使得下游区域的波浪强度明显减弱,从而减轻涉水工程受到波浪影响;而依据让光线聚焦的Luneburg透镜设计的变密度流体域可以让平行入射的水面波聚焦于一点,使得该点波浪强度显著增强,进而利于波浪能的收集利用。进一步分析表明,根据具体工程需求和现场条件,设计和布置不同大小和功能的变密度流体区域,从而实现对水面波的调控是具可行性的。该理论和方法可为水利和海洋工程中制定波浪的防范和利用措施提供新的思路。

新型光学耦合器——梯度折射率透镜

本文用三种方法研究了钛扩散铌酸锂平面光波导与阶跃型多模光纤的耦合.通过测量的数据及理论分析计算,提出了一种新的最佳的光学耦合方法,可改善能量在光纤中的傅输性能。

光谱共焦法偏心下径向梯度折射率透镜的厚度测量

为了实现径向梯度折射率(GRIN)透镜厚度的准确测量,对偏心引起的径向GRIN透镜厚度测量误差进行了研究。介绍了光谱共焦厚度测量系统的工作原理,利用径向GRIN透镜的光线径迹方程,在笛卡尔坐标系下结合光学拉格朗日函数、光线弧微分方程等,建立了径向GRIN透镜的厚度测量模型。然后,对径向GRIN透镜偏心引起的光谱曲线谱峰漂移,进而造成的厚度测量误差进行了理论研究及仿真分析,并通过搭建实验平台,利用精密位移台驱动GRIN透镜来模拟透镜偏心,完成了偏心影响下的厚度测量。实验结果表明:径向GRIN透镜的偏心程度越大,引起的测量误差越大,轴向测量位置的影响可忽略不计,验证了理论分析的正确性;实际厚度为4.0126 mm的GRIN透镜,校正偏心后的厚度测量误差为4.6μm,验证了光谱共焦法能够实现径向GRIN透镜厚度的精密测量。

梯度折射率透镜在口腔内窥镜中的设计与应用

作为口腔内窥镜的摄像镜头,利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、结构简单、分辨率高、成像景深大的优点,研制出一套适合医患交流及进行口腔检查与治疗的医疗装置。采用修正折射率剖面的梯度折射率透镜,降低系统渐晕,减小畸变,获取口腔内部图像,经CCD光电转换装置转换成电信号,再将电信号经过数字信号处理以后,将该数字信息存储于计算机内部或在显示器上显示出来。口腔内窥镜是集梯度折射率透镜、光学原理、光学材料与加工、微电子、数字成像技术等为一体的新型医疗设备。特别是采用经修正的梯度折射率透镜制造的口腔内窥镜成像清晰,在图像畸变、景深等方面优于现有产品,而且便于对患者的各种信息进行管理、查询、输出等。

内窥镜设计制造中渐变折射率透镜的应用前景

内窥镜设计制造中渐变折射率透镜的应用前景ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＧＲＩＮＬｅｎｓｉｎＥｎｄｏｓｃｏｐｅｓ天津大学（天津３０００７２）虞启攵琏王娟萍ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＹｕＱｉｌｉａｎ，ｅｔａｌ．硬性内窥镜由于成像质量好、便于手术...

梯度折射率透镜的研究

梯度折射率(GRIN)透镜是非均匀折射率透镜,具有体积小、易加工、耦合效率高等特点。为了更好的了解和应用GRIN透镜,本文对GRIN透镜做了详细的调研和分析研究,研究了不同类型的GRIN透镜及其原理,介绍了GRIN透镜四种常用的制备方法,并总结了GRIN透镜在医学、通信、工业领域及LAMOST (大天区面积多目标光纤光谱仪天文望远镜)中的应用,通过比较各方面的特性和应用,可知不同类型、不同特性的GRIN透镜在不同领域有着广泛的应用。

负折射率材料透镜的消色差

以工作在近红外波段0.848μm^1.114μm,焦距100mm,入瞳直径20mm,具有负阿贝数的负折射率平凹透镜为例,介绍了两种对该类负折射率透镜的消色差设计方法,即利用正折射率材料透镜与负折射率材料透镜组合消色差和负折射率透镜中引入衍射光学元件实现折衍射混合透镜消色差方法.结果表明,正负折射率材料透镜组合消色差方法中正折射率材料透镜承担几乎全部光焦度,进而引入大量额外单色像差,但利用衍射光学元件可以在不引入额外像差的同时实现负折射率透镜的消色差.根据负折射率材料在介质与空气分界面的特殊折射特性,推导了以负折射率为基底的衍射光学元件的衍射效率公式,得到衍射微结构高度公式,求出不同波长处的衍射效率值.负折射率二元衍射光学元件在设计波长0.912μm处衍射效率为40.53%,在波长0.848μm处的衍射效率为35.06%,在波长1.114μm处的衍射效率值为39.83%.

基于渐变折射率透镜的激光投影仪照明光路设计

照明光路是决定投影仪光学引擎的光能利用率和光学体积的主要因素。传统照明光路针对朗伯光源进行收集与分配,无法从根本上消除系统光效低和体积大的缺点。设计了一种基于渐变折射率(GRIN)透镜阵列的单片式数字光处理(DLP)激光投影光学引擎的照明光路,以单级透镜系统取代了传统的聚光、匀光等结构复杂的光学组件。通过光线追迹软件对照明光路的光学特性进行了仿真评估,光能利用率达69.5%,照明均匀性达90.9%,光学体积仅为3.06cm3,达到了提高光效和减小体积的设计目的。

基于渐变折射率透镜的低损耗1×N微结构光纤耦合方法

提出了一种新型的、基于单个径向渐变折射率(GRIN)透镜的1×N光纤耦合方法,并基于水平入射以及垂直斜面入射光线的传播方程建立了用于求解点光源发出的光束在GRIN透镜斜面入射后的成像点的计算方法。通过将透镜前端面加工成多斜面棱镜,将输入光分为多束,光束聚焦位置可以通过系统参数来调整;被分割开的光束经会聚、优化像差后,实现1×N低损耗耦合,并进行了仿真研究;通过优化斜面倾角、物距等关键参数实现了光纤低损耗耦合。该设计方案结构简单,易于装配,为各类光子晶体光纤、多芯光纤、光纤组束和光纤合光提供了实用的耦合方法。

聚合物梯度折射率微球透镜的研制

选取高分子单体组合 ,用悬浮扩散共聚法研制具有球对称梯度折射率 (GradientRefractiveIndex ,GRIN)的微型聚合物球透镜 .用剪切干涉法测定微透镜试样的折射率剖面 ,根据分布曲线的特征调整、优化制备工艺条件 ,成功获得直径 0 .3～ 1.4mm、透明、在半径的全程范围具有球对称折射率梯度 ,折射率差ΔN为 0 .0 0 6～ 0 .0

梯度折射率棒透镜的色差估计

对梯度折射率(GRIN)棒透镜色差的影响因素进行了研究,在玻璃光学性质计算模型的基础上建立了梯度折射率棒透镜色差估计函数与基础玻璃性能、交换离子对性质和参与交换的离子数量之间的关系。对Na+/Li+,K+/Cs+和K+/Tl+交换制备的梯度折射率棒透镜的色差进行了计算,结果表明,GRIN棒透镜的色差评价函数主要取决于基础玻璃和交换离子的性质,而与参与交换的离子数量无关。

模折射率透镜光学特性的计算分析

本文从传统几何光学原理出发,用光线追迹的方法来计算研究准直光束斜入射到模折射率透镜(MIL)上产生的像差,以及当半导体激光器与波导端射耦合以MIL作为准直透镜时,输出准直光束的发散情况,并探讨MIL在集成光学频谱分析仪(IOSA)中作为准直或会聚透镜的适用性。计算表明MIL在IOSA中作为准直或会聚均是可行的。