Design of 2D-Bootlace Lens with Five Focal Feed for Multiple Beam Forming

Utility of microwave bootlace lens is well established. For broadband and wide scanning network, it is required to op-timize and use features of this lens for better communication and scanning device. This report presents the design of a compact 2D bootlace lens with five focal feed for multiple beam forming. This design will help in reducing phase error and will provide power efficiency and better resolution during target tracking. This design will provide better aperture efficiency and scanning angle.

Liquid crystal Fresnel lens display

A novel see-through display with a liquid crystal lens array was proposed.A liquid crystal Fresnel lens display（LCFLD） with a holographic screen was demonstrated.The proposed display system has high efficiency,simple fabrication,and low manufacturing cost due to the absence of a polarizer and color filter.

基于透镜阵列多元聚焦的连续晶体三维位置灵敏探测器设计和仿真

连续晶体闪烁体探测器可以实现γ射线作用点的三维位置定位。本文提出一种新的探测器结构,引入透镜阵列实现作用点定位。探测器采集多元聚焦图像,从而改变对连续晶体闪烁光分布探测的需求。文中建立连续晶体、透镜阵列和光子计数器阵列的模型进行模拟研究,建立多元聚焦的光路反演重建算法定位γ射线作用点的三维位置。通过重建结果分析评估基于透镜阵列的连续晶体探测器性能,这种结构具有较好的定位能力和位置分辨。对于尺寸为48 mm×48 mm×45 mm的硅酸钇镥(LYSO)闪烁晶体,实现了xy平面位置分辨优于1.54 mm,z方向位置分辨优于3.13 mm。基于连续晶体和透镜阵列结构的探测器还可对多作用点的情形进行重建,分析三组选定位置的重建结果,该结构对双作用点定位具有可行性。

微球透镜阵列并行制造表面增强拉曼衬底及其光谱增强研究

SERS作为一种高灵敏物质指纹谱分析技术,在生物传感、化学分析等领域具有广泛的应用。具有规整纳米结构的SERS衬底是保证拉曼光谱痕量检测可靠性和稳定性的前提,实现高精度、大尺度和高效率的微纳结构制造是SERS衬底目前亟需突破的技术瓶颈。本工作提出了介质微球透镜—金纳米孔(ML/AuNHs)阵列复合SERS衬底新结构与制造新方法。首先,利用介质微球透镜光子纳米射流,在沉积于微球底部的金膜上制备纳米孔结构,形成ML/AuNHs复合结构。系统研究了532 nm纳秒脉冲激光能量、微球透镜直径、金膜厚度等工艺参数对金纳米孔的成形规律,通过优化加工工艺,实现了微球透镜阵列底部直径215 nm金纳米孔的超分辨并行加工。之后,理论分析了微球透镜的SERS“热点”自对准聚焦、光学回音壁共振模式以及定向天线等光场调控过程,揭示了ML/AuNHs复合衬底的拉曼增强机制。最后,展示了ML/AuNHs复合衬底检出灵敏度10-10 M(硝基苯硫酚,4-NBT)的SERS检测能力,较单独使用金属纳米孔降低2个数量级。本工作提供了一种简易高效且具有高灵敏度的SERS衬底结构及其制备方法,拓宽了SERS的实际应用潜力。

基于时间调制多波束阵列的单通道全向测向方法

基于多波束阵列的测向方法具有测向精度高的优势,但各波束都需要独立的射频通道,导致其测向系统复杂且成本高,通道之间的幅相不一致也会增大测向误差。本文提出了一种基于时间调制多波束阵列的单通道全向测向方法,通过时间调制技术将多波束阵列测向系统简化为单通道系统,利用接收信号的谐波特征获得不同波束的接收信号强度实现高精度测向,同时降低了系统的复杂度及成本。仿真结果表明在相同条件下,本文提出的方法比基于多波束阵列的多通道测向方法具有更小的测向误差。经实测验证,本文的方法在4~5 GHz频带内的测向误差小于1.3°,低于现有的多波束阵列测向误差。

用于高功率微波系统的全介质透镜阵列天线

为了实现透镜阵列天线所需的移相范围,设计了两种不同的单元结构,通过优化参数,在保证良好的传输幅值的基础上实现相移范围的互补。为了探索在高功率微波系统应用,对两种单元的功率容量也开展了详细研究。在无限周期情况下,随着单元尺寸变化,单元功率容量范围为1.08~19.37 MW;通过研制口径为315 mm×315 mm的透镜天线来构建有限周期条件,并仿真计算得到该天线最大功率容量为226.553 MW,功率密度可以达到2283.23 W/mm^(2),并且该天线在中心频点10 GHz处峰值增益可达到29.37 dBi,口径效率为62.43%,副瓣电平约为-21.54 dBi。结果表明所提出单元的有效性与正确性,也说明设计的透镜阵列天线不仅具有良好的辐射特性,同时具有MW量级的功率容量。

基于单传感器的三波段共口径光学系统设计

针对现有多波段成像系统体积大、功耗高和集成化设计困难的问题,本文提出了一种基于单传感器的三波段共口径成像光学系统的设计方法。首先,在光学系统的光阑处设计1×2多波段透镜阵列,把可见光波段和短波红外波段同时成像在一个像平面上,并把两个波段中心波长的成像位置偏差控制在一个像元内以实现双波段融合成像。然后,针对双波段成像衍射极限不同的问题,提出分通道透镜阵列的离轴偏移量和通光口径大小联合优化方法,并采用双电动光阑高速控制三个成像通道的切换速度。最后,设计了一个基于单传感器的焦距为30 mm,工作波段分别为480~900 nm、900~1700 nm和480~1700 nm的三波段共口径光学系统。设计及分析结果表明该系统具有成像质量好、结构紧凑、无运动光学元件、成像波段切换速度快等优点。

莫尔成像薄膜的研究和应用进展

光场成像是一类新型的成像技术。作为光场成像技术的重要组成部分,莫尔成像薄膜以其优异的三维和动态成像特性,近年来引起人们的广泛关注。本文综述了莫尔成像薄膜的研究和应用进展,主要介绍了莫尔成像薄膜的成像原理,给出了莫尔成像薄膜中人们最为关注的放大倍率、取向角、立体景深和动感参数的基本原理和计算公式。进一步地,讨论了大幅面微透镜阵列模具的制备技术、分辨率大于8000dpi的纳米印刷技术和对准微纳压印技术。最后讨论了莫尔成像技术的未来发展机会和挑战,为莫尔成像薄膜未来在安全防伪、动态显示等方向的应用提供了借鉴。

储氢钢瓶的在线水浸聚焦相控阵自动超声检测

传统的储氢钢瓶在线自动检测通常采用水浸点聚焦或线聚焦的超声检测方法,但点聚焦检测速度受到一定限制,线聚焦的检测灵敏度和分辨力比点聚焦的差。提出了带凹面声透镜的相控阵检测技术,通过凹面声透镜水浸耦合实现超声波在钢瓶截面方向的聚焦。利用CIVA软件对带凹面声透镜的相控阵探头辐射声场进行仿真分析,并根据仿真结果设计了相控阵探头参数,在此基础上开发了一套针对储氢钢瓶的五轴联动相控阵超声水浸C扫描自动检测系统,利用相控阵电子扫描技术快速规划超声检测路径和重构曲面。利用该检测系统,对带有人工缺陷的试件进行检测试验。试验结果表明:该方法融合了水浸点聚焦和线聚焦两种方法的优点,能够实现储氢钢瓶轴向和周向缺陷的自动在线超声检测。

大扫描视场飞行器共形光学系统设计

共形光学窗口外表面与飞行器轮廓相同,可以显著提升飞行器的整体性能,但在大扫描视场应用时,引入大量非对称动态像差,严重影响成像质量。针对大扫描视场的共形光学系统,提出了基于共形窗口内表面优化,以及分视场单元透镜阵列的动态像差校正方法,实现动态像差的静态化校正。在84°扫描视场范围内,对共形光学系统进行仿真验证,结果表明:该方法使共形光学系统在全扫描视场范围内的Zernike多项式系数绝对值从0~10.82λ减小到0~1λ(λ为波长),同时各通道单元透镜阵列保持固定状态。与目前已有方法相比,显著提升了大扫描视场共形光学系统的成像质量和系统稳定性,有效简化了系统结构,对实现大扫描视场、高成像质量和高稳定性的共形光学系统有重要意义。

紧凑式多光谱成像系统设计和优化

针对快照式多光谱系统存在体积大、光路复杂的问题,从孔径分割多光谱成像系统模型出发,设计出由复合前置光学元件、阵列孔径光阑、微透镜阵列、阵列滤光片和图像传感器组成的紧凑式多光谱成像系统,总体尺寸优于12.4×8×8(mm)^(3)。利用阵列孔径光阑克服了垂轴色差大、视场小和光能利用率低的问题。系统在480~650nm波长范围内视场角20°、F/#0.4、焦距2.5mm、总长12.4mm、单通道MTF在153lp/mm大于0.35、畸变小于0.23%。与现有技术对比,该系统兼顾了像素分辨率、光谱分辨率和时间分辨率,实现了单通道500×400的像素分辨率和6.8nm的光谱分辨率。与计算重构成像系统相比,其直接成像的方式确保了系统的高时间分辨率;且具备小型化、轻量化和低成本的特点。

一种面向透镜阵列毫米波多用户MIMO的CNN天线选择算法

毫米波通信中大规模多输入多输出(MIMO)系统的实现需要使用大量射频链,导致了系统硬件成本和能耗过高的问题。为了解决这一问题,考虑利用透镜天线阵列基于方向的能量聚焦特性并结合天线选择技术能够在性能损失不明显的同时有效地减少射频链的使用数量。针对具有透镜天线阵列的多用户MIMO系统,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的天线选择算法,将信道状态信息和以信道容量为指标而制作的标签作为网络的输入,对神经网络进行训练,用训练好的网络模型为新的信道状态信息选择出最优的天线组合。仿真结果表明,所提方案获得的和速率性能接近全数字方案,并且所提天线选择算法的分类准确率可以达到98%左右,优于其他基于机器学习的天线选择算法。

基于Zemax的新型匀光鳞甲反光杯系统设计

为进一步优化传统反光杯在匀光、防眩光等方面的问题,基于Zemax仿真软件设计出了一种匀光性能优越的鳞甲反光杯。仿真结果表明,在杯前25 m处的配光屏幕上,最大光照强度为234 lx,中心HV点的光照强度大于0.80 Emax,各指标均符合国标GB 25991—2010《汽车用LED前照灯》的要求。将鳞甲反光杯与微透镜阵列相结合,使配光屏幕上的最大光照强度减小至59.51 lx,在各项指标仍符合国家标准的情况下,该系统的光斑能量更加均匀,且中心区域的光强进一步降低,光斑边缘过渡更加柔和,防止汽车远光灯产生眩光的效果更好,可以大量应用于汽车前照远光灯。

微透镜阵列的合成孔径成像激光雷达收发光学系统

为解决合成孔径成像激光雷达受制于相干天线定理的问题,扩大成像视场,提高相干收发光学系统效率,提出并研制了基于4×4尾纤式微透镜阵列接收的相干收发光学系统,建立了全视场光学系统耦合效率计算模型,完成了高精度的收发光学系统集成装调及系统光学效率测试。结果表明:发射链路与16路接收链路的光轴最优偏差优于4″,中心视场光学系统效率优于73.1%,全视场光学系统效率优于65.5%,可满足激光雷达成像试验要求。

一种线阵相机镜头畸变的标定方法

为实现线阵相机中镜头畸变的精确标定,提出了一种新的标定模型,并在实际应用中对标定模型进行了简化。根据等间距共线特征点的成像特性,通过比较两种畸变算法的差异,用非线性优化方法实现了镜头畸变参数的标定。实验结果表明,简化模型的标定结果与标准模型的标定结果相一致,标定后相邻特征点之间的距离变得更为均匀,校正后图像的最大形变量不高于0.5像素,校正精度不低于9μm,与传统的标定方法相比,该标定方法具有较好的稳定性。

基于3D SMAX的集成成像研究

集成成像(II)是一种利用二维微透镜阵列进行三维信息的记录和重现的技术。介绍了集成成像技术的基本原理及其优缺点,提出了一种基于三维设计和动画制作软件3DSMAX的II技术,利用3DSMAX来实现II的三维信息的记录,利用显示器和菲涅尔微透镜阵列组成的实验装置实现II的三维信息的重现,解决了常规II技术存在的空间反转和串扰问题,从而研制出基于II技术的原理性裸眼三维显示器。

大视场人工复眼结构设计方法与实验

人工复眼成像结构是由分布在曲面上的列阵化的镜头组成,通过对每个子镜头的视场角进行分析,进而研究各镜头视场之间的关系,以及分析子镜头视场角与总视场角之间的关系,提出了一种最优化的人工复眼结构设计方法。同时,在文中,给出了单镜头的设计方法,以及镜头阵列的排布准则,通过利用该方法设计的成像结构,不仅可以实现整个物空间的完整无缝探测,同时又使得要达到特定视场时设计所得的人工复眼结构采用的镜头数最少,极大的节省了资源。在本文中还通过开展实验,对所设计结构的成像效果进行了验证。

Array多焦点与单焦点晶状体的视觉效果比较

目的 评价白内障超声乳化术后植入Array多焦点人工晶状体的视觉效果。方法 将白内障或半透明晶状体超声乳化术后33例(45眼)植入Array多焦点人工晶状体(研究组)与27例(35眼)植入硅胶单焦点人工晶状体(对照组)的临床资料进行比较。结果 研究组术后3个月裸眼远视力≥0.4为97.8％,≥0.7为68.9％,近视力≥0.4为100％;对照组则分别为100％、40.0％和45.7％。两组远视力没有明显差别而近视力有明显差别。研究组91％的患者术后有眩光和光晕,但在3个月内基本适应;对照组基本没有眩光和光晕。结论 Array多焦点晶状体可以提供一定范围内良好的预期远近视力,近期效果满意;但也存在不足。

二元位相型菲涅尔透镜列阵器件的研制及其应用实验

详细介绍了二元位相型菲涅尔透镜列阵器件（ＢＰＦＬＡＳ）的设计原理、制作过程和测试方法，研制了２４×２４元８阶ＢＰＦＬＡｓ，对０．８４μｍ波长的焦距为４６．５ｍｍ，单元尺寸为１．５×１．５ｍｍ２，衍射效率达７７．３％．有关应用实验表明，该器件具有平行光分束、多路成像及傅里叶交换功能，在列阵发光器件的光学准直，光学相关器等方面有广泛的应用前景．

用于运动目标探测的多通道成象系统

本文提出了一种采用自聚焦 ( GRIN)透镜阵列对运动目标进行探测的多通道光学成象系统 .与单孔径成象系统比较 ,多通道成象系统具有更宽的视场和更高的运动敏感度 ,使之更适合于对运动目标的捕获、跟踪以及对运动量的测定 .本文根据复眼的视觉机制和自聚焦透镜的成象原理 ,对运动目标进行了成象与测定实验 .此外 。