用于固态照明的自由曲面微透镜设计

针对LED照明应用中,现有二次光学设计过程对LED初始光强空间角分布的依赖性,讨论了用于LED照明的自由曲面微透镜器件的设计方法.根据斯涅尔定律和边缘光学理论,研究了自由曲面微透镜的面形构造算法,建立了自由曲面微透镜器件的光学模型,并用光学模拟软件对其照明性能进行了模拟实验.结果显示,该微透镜器件能够在目标面上获得满足预期要求的照度分布,照明均匀度在92%以上,且其结构有效解决了LED初始光强空间角分布复杂化的现状和现有二次光学设计对光源初始光强空间角分布依赖性的矛盾.

双曲面微透镜高功率半导体激光器光纤耦合

本文对半导体激光器与多模光纤耦合问题进行了研究。对利用双曲面微透镜进行半导体激光器光纤耦合的方法进行了理论分析 ,提出了利用两个半柱型透镜代替双曲面透镜的计算模型 ,通过计算在理论上进一步验证了这种透镜对半导体激光器快轴和慢轴同时准直的效果。并利用这种双曲面透镜对发光面积为 1μm× 10 0 μm的半导体激光器与芯径 5 0 μm的多模光纤进行耦合实验得到总耦合效率为 74 %。

基于电喷墨技术的多焦距曲面微透镜阵列制备

随着微纳米工艺的发展,微光学元件的制备和应用成为重要研究方向。生物复眼具有视场大、体积小、动态特性好等优点。微透镜阵列是一种常用的仿生复眼的光学元件,具有广泛的应用场景。为此,提出了一种基于电喷墨打印技术制备多焦距的曲面微透镜阵列的工艺,所制备的多焦距微透镜阵列可以解决曲面基底和平面的图像传感器焦距不匹配引起的离焦模糊问题。首先基于电喷印技术制备平面的多焦距微透镜阵列,然后在表面形成抗粘层并倒模,得到微透镜阵列凹模,最后经负压弯曲注胶固化过程,制备了多焦距的曲面微透镜阵列。阵列的整体半径为6 mm,焦距范围为4.9~6.23 mm,总方向角大于60°。

NOA73材料的曲面微透镜阵列的制作

为了实现生物复眼的光学性能,介绍了一种仿生物复眼结构通过使用光刻胶熔融法和NOA73(norland optical adhesive)紫外曝光固化技术。首先采用光刻胶熔融法将一系列具有不同曲率、宽度的平面微凸透镜制作在Si基底上,且微透镜阵列具有统一的聚焦特性和光滑度;通过比较NOA73、PDMS两种平面微透镜阵列的聚焦效果,得到NOA73材料具有更好的光学性能;然后利用PDMS的柔韧特性和NOA73紫外曝光固化的特性制作出曲面微凸透镜阵列;最后对曲面微透镜阵列进行成像测试、光强分布测试,结果表明,通过上述工艺制作的曲面微凸透镜阵列,最后对曲面微透镜阵列进行成像测试、光强分布测试,可知通知这种工艺制作的曲面微透镜阵列的尺寸达到微米,光学性能优秀,透光率基本达到100%,具有很好的重复性,可行性且制作简单、快速和低成本,并能模仿复眼结构的部分光学特性。

曲面复眼成像系统的研究

研究了两种曲面复眼成像系统,并首次将曲面场镜阵列引入曲面复眼成像系统,使其边缘视场的成像质量进一步提高,视场角进一步加大。进行了成像系统的建模以及光线追迹,两种结构的视场角分别达到60°和88°,整个系统的体积分别为0.9 mm×0.9 mm×0.5 mm和0.9 mm×0.9 mm×0.75 mm。文中给出了用激光直写设备在曲面基底上进行光刻来制作曲面微透镜阵列的方法。

大视场曲面仿生复眼光学系统设计

为了解决传统成像系统存在的大视场与高分辨率不可兼得的问题,设计了大视场曲面仿生复眼光学系统。首先,针对所采用的间隔型圆周分层微透镜阵列排布方式,建立了一种曲面仿生复眼光学系统成像原理数学模型;再使用微透镜阵列与转像系统相结合的成像方案解决了微透镜阵列所成的曲面像与平面探测器不匹配的问题;并使用光学设计软件对该系统进行仿真分析及公差分析。设计得到的曲面仿生复眼光学系统总视场为152°,组合系统的焦距为61.14 mm,角分辨率为2.304″,系统总长为16.39 mm。相对传统的大视场成像系统而言,此曲面仿生复眼成像系统的畸变更小、分辨率更高。

LED汽车前照灯微透镜光学系统

本文设计了一种LED汽车前照灯微透镜光学系统,通过建立光源发光面、微透镜自由曲面、探照面三者的对应关系,获得微透镜自由曲面上各离散点的分布,从而得到满足照明要求,且明暗截止线清晰的自由曲面微透镜。这种微透镜光学系统和截光获取截止线的方式相比,大大提高了能量利用率,达到了节能高效降本的目的。

柔性仿生复眼成像系统探测机理模拟研究

提出了一种用MEMS工艺制作的新型的柔性曲面复眼探测器模型，它具有如昆虫复眼一样的曲面多孔径结构，体积小巧，探测视场大，探测灵敏度高，而且可以合并几个探测器而实现360。全视场探测，它具有对物体角运动十分敏感的特点，能简单而精确地探测出物体的角坐标方位和角运动速度。文中阐述了这种探测器的成像原理，探测器中的晶锥能起到限制杂散光和斜入射光的重要作用，从而使各个微透镜成像互补而不重叠，互不干扰，使系统实现镶嵌成像。并用光学设计软件ZEMAX设计出探测器模型，通过对多个角度的平行入射光成像效果验证了晶锥限制杂散光和斜入射光的重要作用。

高功率激光二极管线阵光纤耦合模块的研制

根据激光二极管线阵的光束特性,采用双曲面微透镜列阵对其进行准直和聚焦,实现了其与多模光纤列阵的耦合,并获得了76%的耦合效率和20W的连续光纤输出功率.

A laser beam shaper for homogeneous rectangular illumination based on freeform micro lens array

An effective design method of freeform micro lens array is presented for shaping varied laser beams into prescribed rectangular illumination. The variable separation mapping is applied to design concave freeform surfaces for constructing a freeform lens array. Several dedicated examples show that the designed freeform optical lens array can achieve a prescribed rectangular illumination pattern, especially without considering the initial states of incident laser beams. Both high collection efficiency and good spatial uniformity can be available simultaneously. Tolerance analysis is also performed to demonstrate that this optical device can well avoid fabricating difficulty in actual applications.