履带式运动柔性衍射光学器件抑制激光散斑及其耐久性实验

为了有效抑制激光散斑,真正实现激光显示和成像系统的大色域、高亮度和超优画质,提出了基于履带式运动柔性衍射光学器件(Diffractive Optical Elements,DOE)的散斑抑制方法,对柔性衍射光学器件的设计、制造、耐久性和散斑抑制效果进行了研究。首先设计了柔性衍射光学器件的光学结构,并描述了履带式运动柔性衍射光学器件形成动态二维衍射编码的机理;接下来介绍了柔性衍射光学器件的模板制备、热压成型、连接成环的工艺方法;之后搭建激光投影显示系统对所研制的聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)和聚丙烯(Polypropylene,PP)两种材料的柔性衍射光学器件的散斑对比度和耐久性进行实验研究。实验结果表明,提出的基于履带式运动柔性衍射光学器件的激光散斑抑制方法,可将红绿蓝三色激光的散斑对比度降低到5%以下,同时系统具有小型化、低功耗的优点。在长达三十天的耐久性实验中,聚氯乙烯和聚丙烯两种材料的柔性衍射光学器件都没有明显形变和散斑抑制效果的衰减,且PP材料柔性DOE比PVC材料柔性DOE散斑抑制效果更明显、耐久性也更好。满足大色域、高亮度、超优画质的要求,并具有小型化、低功耗、高可靠的优点。

光谱色散匀滑技术与衍射光学器件联用性能的空间频谱分析

基于空间频谱分析方法,建立了光谱色散匀滑技术(SSD:SmoothingbySpectralDispersion)与衍射光学器件(DOE:DiffractiveOpticalElement)联用性能的简化分析模型,为SSD与DOE联用时,SSD参量的优化提供了理论依据.数值模拟了SSD各参量,包括脉冲时间、调制频率、位相调制系数、光栅线色散系数等对束匀滑性能的影响.模拟结果表明,SSD参量经过优化选取,且波前畸变随时间快速变化时,能获得良好的束匀滑性能.

光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响

模拟分析了光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响。光谱色散匀滑技术的使用提高了衍射光学器件的抗波前畸变能力 ,降低了对加工精度的高要求。

衍折射设计用于均匀照明的衍射光学器件

在工艺上衍射光学元件是通过相位板来实现的,由于其多台阶化产生的不连续性,会对目标光场产生sinc调制,产生高级次衍射斑,损失了15%或者更多能量。通过对设计衍射光学器件的传统的IO迭代算法进行了研究,提出了一种与衍折射相结合的设计方法,在衍射光学器件的部分区域形成一块连续相位区域,减少了相位片台阶化区域的光强和衍射斑的强度。通过逐步变化连续相位对输出光强情况的影响的研究,可以优化相位参数,使入射到输出面的光束保证一定匀滑性的前提下,提高目标光场区域的衍射效率达到90%以上,能够满足均匀照明的要求。

同时实现多角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件

本文利用长焦深器件设计思路 ,提出了通过设计衍射光学器件相位分布使得在三个垂轴面上满足均匀照明要求来间接实现非垂轴面均匀照明的设计方法 ,并完成了同时实现多种角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件设计 .基于爬山法和模拟退火法相结合的混合算法 ,设计了器件的相位分布 ,在 3 0°、45°、5 5°非垂轴面上光斑不均匀性分别为 5 .91 %、4.0 0 %、3 .3 8% .该方法可推广至二维情形 ,实现任意曲面均匀照明的要求 .

实现Nd:YAG光束匀滑的衍射光学器件的研制

采用爬山 -模拟退火混合优化算法与旋转镂空掩模板工艺 ,针对基频光与三倍频光 ,设计并加工出口径 80 mm的连续位相衍射光学器件。在脉冲工作的 Nd:YAG激光器上 ,实验研究了器件的光束匀滑性能 ,获得了与设计尺寸相符合、边缘陡峭、但包含较大顶部调制的光斑。

衍射光学器件的激光辅助制造

衍射光学器件 DOE是基于衍射光学原理制成的微光学器件。采用类似于微电子加工手段的激光辅助制造技术——激光直写技术 ,可以制作具有高衍射效率的 DOE。激光直写系统的性能 ,比如光强控制、坐标定位以及自动对焦等 ,直接影响制成器件的衍射效率。

YG算法设计分数傅里叶变换衍射光学光束整形器件

针对分数傅里叶变换衍射光学光束整形器件,比较了按离散点与按菲涅耳积分计算得到的变换矩阵间的差距,从中分析得出按离散点计算的变换矩阵引入的离散化误差与分数傅里叶变换系统参数的关系.模拟计算结果表明,该离散化误差不能忽略.为了在输出面上得到真实的光强分布,应采用菲涅耳积分计算其变换矩阵.鉴于该变换矩阵非幺正,本文利用YG算法进行了光束整形器件的设计.

大口径衍射光学束匀滑器件的研制

采用爬山 -模拟退火混合优化算法 ,选取合适的权重因子 ,改善了衍射光学束匀滑器件的设计性能 ,其顶部不均匀性小于 1 % ,能量利用率优于 95%。采用旋转镂空掩模板 ,加工出 1 80的束匀滑器件 ,并进行了实验研究 ,获得了较好的束匀滑光强包络。为获得真实的束匀滑分布、改善顶部均匀性、提高抗波前畸变宽容度 ,选取特定的焦面采样间隔进行了精细化设计。

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。

基于衍射光学器件的多自由度测量仿真研究

提出了基于衍射光学器件的单光束多自由度测量的新方法。描述了该方法的基本原理,建立了相应的激光干涉系统的数学模型,设计了一种能够产生多自由度测量信息的衍射光学器件。分析了干涉场光强信号特征与目标各平动和转动量之间的关系,给出了仿真计算结果。该方法原理简单,测量效率高,并能提供较高的测量分辨率和测量精度。

衍射光学器件设计中空间延拓分量的理论研究

发现并研究了衍射光学器件优化设计中空间延拓分量的存在及其交叠现象。基于标量衍射理论基础,从空间频谱角度出发,详细研究了空间延拓分量的形成机理,导出了消除其影响的相应条件。在定义衍射光学器件的光能利用率、顶部不均匀性等性能评价参数的基础上,以盖师贝格-撒克斯通(GS)算法设计一维光束整形器件为例,探讨了空间延拓分量的交叠程度和输入平面抽样间距间的关系,并通过模拟计算验证了空间延拓分量的存在、交叠及其形成机理。

有限口径亚波长衍射光学器件的严格矢量分析

利用二维时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式,分析、比较了连续面型和经过Farn方法得到的亚波长结构面型的衍射微柱透镜在TE极化波和TM极化波入射情况下的聚焦特性。对不同F数衍射微柱透镜的严格矢量分析表明,亚波长结构器件的聚焦特性对输入光波的极化情况有更强的敏感性。并简要讨论了FDTD方法的数值色散和计算空间吸收边界的设置等问题。

衍射光学器件精细化设计及光强失真机理

基于基尔霍夫标量衍射理论,详细分析了输入、输出平面及变换函数抽样间距的选取原则。系统建立了衍射光学器件精细化设计的抽样理论,深入研究了输出图样在非抽样点上的光强失真机理。在定义衍射光学器件光能利用率、顶部不均匀性等性能评价参数的基础上,以盖师贝格-撒克斯通(GS)算法设计一维光束整形器件为例,探讨了输出图样在非抽样点上的光强失真和输出平面抽样间距间的关系,通过模拟计算验证了精细化设计时输入与输出平面抽样理论的有效性。

衍射光学器件光线追迹公式的实验验证

本文介绍了一种衍射光学器件光线追迹的方法，并给出了计算公式。作为验证，在实验室里制作了具有连续相位的体全息器件，将其实际再现光斑与计算点列图进行比较。构造透射体全息片的物光为离轴的球面波，始于轴外点Ａ（０，１３２ｓｉｎ８°，－１３２ｃｏｓ８°），参考光为平面光束，其与Ｚ轴夹角为１７°。激光器采用氩离子激光器（Ｓｐｅｃｔｒａ－ｐｈｙｓｉｃｓＭｏｄｅｌ２０２０），波长４８８ｎｍ；干板感光胶为重铬酸明胶（ＤＣＧ），胶层厚为１５μｍ；通光口径３０ｎｍ。测试时把全息片放在干板的位置。挡住物光，让再现光以和参考光路相同的路径平行入射到全息片上，在全息片后垂直光轴放置毛玻璃片，平行光轴移动毛玻璃片，可观察到－１级衍射光的变化。在距离原点的距离分别为（ａ）４０ｍｍ，（ｂ）７０ｍｍ，（ｃ）８７ｍｍ，（ｄ）９５ｍｍ的地方用ＣＣＤ拍摄了衍射光的形状。

基于萤火虫算法的衍射光学器件设计

针对采用经典的Gerchberg-Saxton算法设计的衍射光学器件(DOE)产生的光强分布相对误差较大,以及采用传统群智能优化算法设计的DOE光能利用率不高的不足,本文提出了利用萤火虫算法(FA)实现衍射光学器件设计的方法,兼顾了优化效率和优化结果。以激光匀束器的设计为例,在模拟计算中,利用FA经过5 000次迭代,得到的激光匀束器的光能利用率高达92.91%,绝对误差值低至0.60%。

控制三维光场的纯相位衍射光学元件优化设计

为提高纯相位衍射光学元件的设计效果,实现高衍射效率的三维光场衍射传播控制,在原有GS迭代算法的基础上提出了新的相位加权迭代优化设计算法。此算法的特点是,建立多衍射输出平面迭代加权算法模型,并通过反馈各个设计输出平面在迭代计算过程中的设计误差,引入一定的相位动态加权整调策略,以达到更加优化的设计效果。以此算法设计一个纯相位衍射光学元件,将输入的高斯光束在距离输入面300 mm^400 mm内的每个平面上变换为2×2等强度光束阵列。通过对比实验发现此方法在原有算法基础上能进一步改善算法的收敛效果,提高整体设计质量,实现更加优化的运算。

采用用于激励的聚焦光学器件和用于收集的聚焦单色器的波长色散X射线荧光分析（XRF）系统

本发明提供X射线荧光(XRF)光谱测定系统和方法。XRF系统包括X射线辐射源、布置在X射线辐射源和试样之间的激励光学器件，以便收集来自所述辐射源的X射线辐射，并将X射线辐射聚焦到试样上的一个焦点，以引起试样中至少一种被分析物发出荧光。该系统还包括X射线探测仪和收集光学器件。收集光学器件包括至少一个双曲衍射光学器件，该双曲衍射光学器件布置在试样和X射线探测仪之间，以便收集来自试样上的焦点处的X射线荧光，并将荧光X射线导向至少一个X射线探测仪。

光衍射、仪器与器件

O4.16.1 98020773二元光学元件的耦合波分析=Coupled-wave analyslsof binary opiical olements[刊,中]/张国平,叶嘉雄,李再光(华中理工大学光电子工程系.湖北,武汉(430074))∥光电工程.-1997,24(2).-18-22基于Maxwell方程组和电磁场的边界连续条件,