基于空间光调制器的飞秒激光深微孔加工方法

针对飞秒激光振镜加工系统中聚焦透镜焦深短等原因导致微孔加工深度不足的问题,提出了一种基于高损伤阈值空间光调制器加载菲涅尔透镜相位进行焦点轴向调控的加工方法.通过加载不同焦距的菲涅尔透镜相位图,控制焦点以100μm为间隔进行焦点轴向位移,随着加工深度的增加控制焦点向下移动,并开展了相应的实验加工和测试.实验结果表明,采用该方法在保证高加工质量的前提条件下,在厚度为2 mm的不锈钢样件上实现了直径约为330μm的微孔加工.该方法开辟了二维振镜系统实现超深微孔加工的新探索,在激光加工领域有较好的应用前景.

基于DMD的高速高精度空间光调制器

现有主流商品化的空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)基于硅基液晶[1](Liquid Crystal on Silicon,LCoS)技术,存在着调制精度低、速度慢、幅度和相位无法独立调制等问题。本文提出的基于数字微镜阵列器件[2](Digital Mirror Device,DMD)和共轴光学系统实现的空间光调制器克服了上述存在的问题,并且提高了其光强耐受度。

基于DMD的高速高精度空间光调制器

现有主流商品化的空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)基于硅基液晶[1](Liquid Crystal on Silicon,LCo S)技术,存在着调制精度低、速度慢、幅度和相位无法独立调制等问题。文章中提出的基于数字微镜阵列器件[2](Digital Mirror Device,DMD)和共轴光学系统实现的空间光调制器克服了上述存在的问题,并且提高了其光强耐受度。

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.

基于软件预处理的空间光调制器驱动电路研制

研制了一套基于软件预处理的多量子阱空间光调制器驱动电路。针对不同的多量子阱空间光调制器,软件预处理单元根据其反射特性,拟合出它的反射谱线。根据反射谱线产生相应的光电转换控制信号,增强了该驱动电路的通用性,降低了驱动电路的复杂性。改进一次扫描的方式,采用先粗扫再细扫的二次扫描方式,在保证扫描速度及分辨率的同时,有效降低了单元像素驱动电路的面积。SPICE仿真结果和芯片测试结果均证明,驱动电路芯片工作良好,驱动电压输出摆幅为0～VDD。驱动电压分辨率可达256级。总之,所设计的驱动电路满足空间光调制器的需求。

40 keV质子辐照对HfO_(2)/SiO_(2)高反射薄膜激光损伤性能影响试验研究

在低地球轨道,低能质子辐照是造成空间光学元器件损坏的重要因素之一。激光高反射薄膜是空间激光系统中激光产生和输出部件的重要组成部分,其激光损伤性能变化直接影响激光系统的稳定性。文章采用地面空间环境模拟装置模拟低能(40 keV)质子单独作用效果,通过定点原位测量技术和光热吸收测试获得薄膜的光谱透射率、表面形貌和光热吸收特性,采用激光损伤阈值测量方法表征微小初始破坏的激光损伤阈值及损伤形貌;结合SRIM程序模拟计算粒子在材料中输运的具体过程,定量分析过程中的能量损失情况。试验结果表明,40 keV质子辐照会造成HfO_(2)/SiO_(2)三波段高反膜的激光损伤阈值明显降低。

氟化氘高能激光系统中的光学薄膜

报道了氟化氘 ( DF)激光系统腔镜高反射膜、Ca F2 窗口红外宽带增透膜和共孔径分光镜的研制 ,并介绍了 DF腔镜高反射膜的热畸变和损伤实验测试结果。实验结果表明 ,DF腔镜高反射膜的损伤阈值大于 1 0 0 k W/cm2 ,Ca F2 窗口红外宽带增透膜和共孔径分光镜均经受了 2 0 0 k W激光功率的输出 ,达到了总体提出的要求。

轴向位置可调的双中空环形光斑

为了产生轴向双焦点中空环形光斑,基于矢量衍射积分得出的环带半径公式,设计产生了呈环带分布的轴向双焦点的螺旋相位,并研究了这种螺旋相位在高数值孔径物镜聚焦区域的光斑特性。首先,给出了线偏振以及圆偏振的涡旋光束在高数值孔径物镜聚焦条件下的积分表达式。然后,利用此积分表达式数值模拟了线偏振光与圆偏振光在不同轴向偏移距离及螺旋拓扑荷值时的聚焦光场分布。最后,将轴向双焦点螺旋相位加载到纯相位空间光调制器上,分别对圆偏振光与线偏振光入射进行实验研究。线偏振光入射时,实验产生了拓扑荷为1且轴向距离为±10μm、±15μm的双聚焦环形光斑;圆偏振光入射时,产生了轴向距离为±20μm且拓扑荷为1到4时的双聚焦环形光斑。数值模拟与实验结果表明:圆偏振光与线偏振光经此螺旋相位调制后,在紧聚焦区域可产生轴向距离与暗斑大小可调的中空环形双焦点;圆偏振光较线偏振光产生的空心光斑光强分布更均匀,呈圆对称分布。此轴向双焦点螺旋相位有望在光学微操控、双光束超分辨纳米光刻以及STED显微成像方面获得一定的应用。

用于数码三维衍射图像的激光照排系统

研制了一种新型的用于数码三维衍射图像与光学可变图像的激光照排系统,采用空间光调制器(SL M)和全息干涉成像光学头进行子图输入和干涉条纹产生,系统在6 35 dpi图像分辨率下的运行效率达2 0 0 0 dot/s以上,该系统将为高效率制作2 D,2 D/3D和3D光变图像提供一种良好的工具。

单透镜高分辨成像系统的研究和设计

单片凸透镜由于存在较大像差,在实际应用中难以单独成像,相对孔径越大,单片凸透镜的成像质量越差,通常使用多片透镜以进行像差校正。针对单凸透镜成像质量差的的问题,提出了采用液晶空间光调制器和微扫描光楔实现单片凸透镜的高分辨成像。采用Zygo干涉仪测量单透镜波前,结合Zemax软件模拟得到经单透镜后的畸变波前,利用泽尼克多项式描述畸变波前,并绘制对应共轭波前的灰度图加载于液晶空间光调制器上,校正波像差;通过旋转楔角为21″的光楔进行2×2微扫描,将四幅低分辨率图像经过Keren配准后以结构适应的归一化卷积法合成为一幅高分辨率图像。实验结果表明,图像分辨率MTF50达到1 348 LW/PH,成像质量明显提高。

LDA侧泵Nd玻璃的高光束质量激光放大器研制

研制了一台高光束质量、高稳定的基于激光二极管阵列(LDA)侧泵Nd玻璃的纳秒方形激光脉冲放大器。为了获得较高的输出能量,采用LDA泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。同时,为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,以便得到超高斯平顶分布的光束,并对后级放大器增益不均性进行预补偿,最终得到了光束口径为Φ13mm、光束近场调制度小于1.22∶1的激光输出。放大器工作波长为1 053nm,当注入500nJ的3ns方形激光脉冲时,得到无脉冲畸变激光脉冲能量为100mJ、能量不稳定度为2.14%(均方根)和远场角漂移小于11μrad的高光束质量激光输出。

基于光转向的高动态范围激光显示

广色域(WCG)和高动态范围(HDR)显示能够真实地还原现实场景,是高性能显示力求实现的方向。基于相位调制的光转向器件可以改变光场的能量分布,采用了光转向技术的激光显示系统兼具WCG和HDR特性,具有优良的显示效果。在影院、投影增强现实等对显示效果要求高的使用场景中有广泛的应用前景。动态范围的拓展能力依赖于光转向照明调制的算法,基于此,提出了一种新的光转向调制算法,利用自由曲面透镜对光束的偏折和聚散对光转向器件进行算法建模,采用迭代算法实现相位分布的计算,并使用线性化、离散傅里叶变换等方法提高算法速度。仿真结果表明,通过光转向调制,所提算法能够10倍地提高画面的最高亮度,实现10倍以上的动态范围提升。

军用技术转民用推广目录(续)

8数字微纳加工设备【技术领域】高端装备【技术开发单位】中国科学院光电技术研究所【技术概述】数字微纳加工设备是通过数字化控制空间光调制器实现像素级光场自由操控,利用高数值孔径投影物镜生成高分辨力图形,结合高速扫描工件台同步运动,实现大面积、高分辨力,任意微纳图形结构加工。设备包括高均匀性照明系统、空间光调制器、高数值孔径物镜、检焦系统、精密扫描工件台以及高速扫描工件台同步运动.

数字微纳加工设备

技术开发单位 中国科学院光电技术研究所 技术概述 数字微纳加工设备通过数字化控制空间光调制器实现像素级光场自由操控,利用高数值孔径投影物镜生成高分辨率图形,结合高速扫描工件台同步运动,实现大面积、高分辨力,任意微纳图形结构的加工.其由高均匀性照明系统、空间光调制器、高数值孔径物镜、检焦系统、精密扫描工件台,以及高速并行控制系统等部分组成.该项目为《军用技术转民用推广目录（2017年度）》中高端装备领域的重点推荐项目.

基于反馈加权3D-GS算法的三维多焦点调控方法研究

针对超快激光三维多焦点均匀性不高的问题,本文提出了一种基于反馈加权3D-GS算法的三维多焦点光场重建技术。用CCD相机实时采集多焦点的能量和位置信息,优化全息图,然后将优化后的全息图加载至空间光调制器,得到目标结构的高均匀性三维多焦点光束。利用此方法实现了4个面47个点的“HBUT”三维多焦点结构以及15个面15个点的三维多焦点螺旋结构,前者的多光束均匀性超过了96%,后者的多光束均匀性达到了94%。将传统3D-GS算法与反馈加权3D-GS算法迭代计算得到的上述两种结构的多焦点能量分布结果进行对比,结果显示,反馈加权3D-GS算法能有效提高三维多焦点的焦斑能量分布均匀性。

封面解读

本封面形象示意出了单像素成像的基本原理:待成像场景经空间光调制器进行多次掩膜采样后,由单像素探测器顺序收集光信号,根据相应的重建算法实现=维或者高维成像,获取传统成像方式无法解译的光场信息。为喜迎虎年到来,封面中重建出猛虎下山的三维形象,愿祖国虎虎生威步步高。