基于微透镜阵列的蓝光匀化系统设计及实验研究

为了提高蓝光半导体激光器光束的均匀性,采用傅里叶光学理论建立匀光系统数学模型并进行理论分析,运用相关软件对匀光系统进行仿真模拟,搭建了一套基于微透镜阵列的蓝光匀光系统,利用该系统得到光斑均匀性为87.6%的匀化光斑。结果表明,匀化光斑的均匀性不仅与微透镜阵列子透镜的焦距和孔径相关,也与聚焦透镜的焦距相关,采用焦距为100 mm的菲涅耳透镜得到的匀化光斑均匀度要比焦距为80 mm的菲涅耳透镜得到的匀化光斑均匀度高约9.2%。该研究为具有较高集成度和较轻体积的蓝光光束匀光系统提供了理论和设计思路。

大光斑激光眩目光学系统设计

针对目前全球严峻的反恐局势和大规模群体性事件的日益激增,设计一种非致命、非永久性致盲的大光斑眩目系统显得尤为重要。人眼对532 nm的波长较为敏感,因此系统选择532 nm波长的光束作为辐照光源,通过微透镜阵列和变焦系统分别对光束进行匀化和变焦扩束。利用光学设计软件Zemax对系统进行设计优化,并使用LightTools软件对系统质量进行评价分析。结果表明,大光斑激光眩目光学系统作用距离范围可达25~1000 m,光斑均匀度约为53%,作用面积为10×10 m^(2)。该技术成果在应对恐怖活动和大规模群体性事件中具有一定的应用意义。

基于ZEMAX的半导体激光器匀光设计

为了满足半导体激光器能量均匀化的应用需求,基于ZEMAX光学设计软件设计了一套光束整形匀光系统。采用非球面镜与倒置柱面镜望远系统的透镜组合对单模半导体激光器进行准直,得到近似高斯圆光斑;在推导了基模高斯强度分布的匀光投影半径的基础上,利用ZEMAX优化得到两个非球面镜组成的匀光透镜组,在一定范围内可获得能量均匀度达96%以上的圆光斑。同时,实现了一个大功率半导体激光器光纤耦合模块的能量匀化设计,满足对能量匀化要求较高的应用。结果表明,该研究为半导体激光器能量均匀化的应用提供了有效方法。

系列新推拉型多环共轭分子二阶非线性光学性质的理论研究

在 AM1和 ZINDO方法基础上 ,按完全态求和 ( SOS)公式编制了计算分子二阶非线性光学系数βijk和βμ 的程序 ,研究了一系列新推拉型多环共轭分子的结构、光谱和二阶非线性光学系数β( -2ω,ω,ω)和β( 0 ,0 ,0 ) .考察了分子共轭链长、分子骨架和给电子取代基对βμ 的影响 ,并设计了具有最大βμ

基于LED照明系统的反射器设计

介绍了发光二极管(Light Emitting Diode,LED)二次光学设计的基本方法和理论,并利用TracePro光学模拟软件设计了一种基于LED照明系统的反射器.对该反射器的模拟分析结果表明,该照明系统能够实现均匀的照明,并能有效地实现对出射光的收集和定向控制.根据对实物成品的测试,其实际效果达到了预期的目的.采用标准高斯函数拟合,并用计算标准偏差的方法来评价光斑的形态和均匀度,计算的标准偏差值说明总体形态和均光效果基本符合要求.

取代基数目及取代基位置对1,3,5-己三烯二阶非线性光学系数影响的量子化学研究

采用从头计算方法 ,在HF 6 31G 水平上 ,计算了一系列首尾带推拉取代基的 1,3,5 己三烯的偶极矩 μ和二阶非线性光学系数 β .研究了取代基数目及取代基位置对非线性光学效应的影响 .并设计了具有较大二阶极化率

新型非线性光学晶体设计及预测研究进展

非线性光学晶体材料作为激光技术及光电子技术核心材料之一,在激光存储、激光通信、激光制导、激光惯性约束核聚变等领域具有重要的应用。随着计算机技术快速发展,材料设计和预测日益成为“自上而下”靶向性新材料研发的一种辅助手段。本文介绍了我们团队近年来在无机非线性光学晶体材料中,关于倍频效应和双折射率的分析方法、材料设计以及结构预测等方面的研究进展。

有机二阶非线性光学分子设计和合成研究进展

从分子工程的角度简述了有机二阶非线性光学分子的设计原则，对尿素衍生物、间二取代苯衍生物、芳香硝基化合物、有机盐、芳杂环化合物、含偶氨基团化合物、金属有机化合物等有机二阶非线性光学分子的设计、合成、性能与结构特点进行了评述．

高斯光束均束器光学系统设计

为了提高激光光束的应用水平,需要将高斯光束整形为平顶光束。分析了非球面高斯光束均束器的基本原理和设计理论,选用超高斯光束函数作为平顶光束的数学-物理模型,建立了入射高斯光束与出射平顶光束之间的映射关系式,给出了高阶非球面的面型参数,利用光学设计软件ZEMAX设计了高斯光束均束器光学系统。系统入射光束直径为2mm,出射光束直径为4mm,激光波长为1064nm。分析了能量转换效率,根据Bessel公式定义了平顶光束的平顶度。设计结果实现了激光束的2倍准直扩束、95.98%的能量转换效率和96.6%的平顶度。

系列推拉取代基1,3,5-己三烯的非线性光学性质的理论研究

用从头计算方法 ,在HF/ 6 31G 水平上 ,优化了系列首尾带推拉取代基的 1,3,5 己三烯的几何构型 ,计算了它的偶极矩 μ和二阶非线性光学系数 β.研究了分子结构 ,共轭链长和取代基对 β值的影响 .并设计了具有较大二阶极化率 β的新型非线性光学材料分子 .

基于波导管的无缝扫描光刻激光均束设计

351nm波长的准分子激光器由光波导管作为激光均束器,直接输出正六角形均匀分布的照明光束,能在大面积激光投影光刻中实现无缝扫描。同目前常用的微透镜阵列器相比制作简单,无须光阑就能直接获取所需要的六角形光束,减少了能量损失。通过合理的假设和理论推算,依据管内最大反射次数就能适当地选取光波导管的长度,既保证了足够的反射次数以维持良好的均匀性,同时又避免了不必要的管长所带来的更多反射损耗。利用ZEMAX光学设计软件模拟和分析了由光波导管输出的照明光。结果表明,输出的六角形光束的相对光通量为96%,近似于平顶的能量分布,呈现出了极好的均匀性。

深紫外CMOS图像传感器测试匀光系统设计

匀光系统的均匀性是实现深紫外CMOS图像传感器参数测试的关键。根据傅里叶光学理论,结合ArF准分子激光输出光斑特点,设计了复眼阵列匀光系统的初始结构,并在ZEMAX非序列模式下建立了匀光系统模型。针对ZEMAX光源中光线采样随机性的特点及匀光系统均匀性的要求,对追迹光线数目及复眼阵列中透镜元个数进行了优化。在透镜元大小为1mm、采用1亿根光线并做30次平均后,在12mm×12mm光斑范围内获得了均匀性为0.986的均匀照明光斑,满足CMOS图像传感器测试对光斑均匀性优于0.97的要求。

LED路灯自由曲面二次光学透镜的设计

半导体发光二极管(LED)的发光效率高、寿命长等优点,使其成为目前道路照明中的应用趋势。针对LED在道路照明上的应用,为获得路面上均匀的矩形配光效果对选定的LED进行自由曲面二次光学透镜的设计,设计出符合城市道路照明标准的LED路灯配光方案,使LED模组直接实现矩形配光。考虑封装后LED的实际配光曲线应用网格对应法利用计算软件标定自由曲面二次光学透镜的离散数据点坐标,对透镜结构进行建模。

2H-苯并吡喃-2-酮类化合物分子二阶非线性光学性质的理论研究

用量子化学方法计算了2H-苯并吡喃-2-酮类化合物的分子二阶非线性光学系数,研究了取代基效应、取代位置以及电子性质对分子二阶非线性光学效应的影响,并提出了标题化合物可作为性质优良的二阶非线性光学材料的设计方案。

双复眼透镜间相对位置误差对光束匀化的影响

为了在激光退火工作面上获得高均匀度光斑,研究了双复眼透镜阵列光束匀化法中两透镜阵列间相对位置变化对匀化性能的影响。利用光线追迹方法,模拟了双复眼透镜阵列间6个自由度的相对位置误差与光束匀化效果的依赖关系,发现第二复眼透镜阵列的滚转角偏差是影响光束匀化质量的最敏感因素。为实现较好的匀化效果,需要对复眼透镜阵列位置进行精确控制。结果表明,使用专用镜架对透镜位置进行精确控制后,光束均匀度达到0.039。该系统成功应用于激光退火装置,实现了超浅结激光退火。

分光测色仪中的光谱仪系统

根据分光测色仪的应用需要,对分光系统、光电接收系统及相关电路组成的光谱仪进行了模块化设计,以方便仪器的整体设计、装调和测试。考虑分光测色仪是非成像光学仪器,故提出用光纤来连接各光学模块。根据应用需求提出了光谱仪的主要技术指标,所设计光谱仪很好地完成了球差和彗差的校正。分析了用滤光片消除二级衍射光谱的方法,解决了光纤和光谱仪数值孔径不匹配的问题。研制了光谱仪系统,其外形尺寸为130mm×90mm×45mm。实验测试显示,在狭缝宽度为50μm时,光谱仪各波段的光谱分辨率都可以达到2nm。对光谱仪进行了波长定标,定标精度小于0.2nm,整个工作波段占401个像元,满足1nm的波长输出间隔的设计要求。该光谱仪的可弯曲光纤和电子线路便于整机灵活布局与模块拆卸,同时方便单独测试。所述方法为分光测色仪的整机研制与测试打下了良好的基础。

半导体激光器光束匀化系统的光学设计

为了提高半导体激光器光束的均匀性,设计了非球面与微柱透镜阵列相结合的匀光系统。快轴方向利用光线追迹设计非球面匀化透镜;慢轴方向采用微柱透镜阵列对光束进行分割叠加。半导体激光器输出光束通过该匀光系统,在目标面上可以得到能量匀化的方形光斑。利用Zemax光学软件对半导体激光器单管和阵列进行匀化仿真,验证了该匀化系统应用于半导体激光器整形的可行性,得到了目标面动态范围变化对均匀度的影响程度,研究了微柱透镜阵列间距变化及快轴匀化透镜旋转对光斑均匀度的影响。单管和阵列在输出面上的光斑均匀度均大于90%,能量传输效率分别为95.4%和96.2%。该设计结果对半导体激光器光束匀化具有一定的参考价值。

均匀色角向分布的LED远荧光粉结构光学设计

从荧光粉散射机理分析了LED器件色角向分布不均匀的形成原因,提出了一种利用逐点步进光学设计方法,实现了不同入射角度内蓝光光程相等的远荧光粉层结构。应用该方法设计了使用不同折射率载体的LED远荧光粉层光学结构。模拟结果显示,应用所设计的光学形状的远荧光粉层结构,相比传统平面荧光粉层结构,75°方向光斑边缘与中心法线方向色差du′v′从0.05降低到0.01左右,色温偏移降低了43%~98%不等,有效改善了白光LED远程荧光粉封装结构的色度均匀性。该设计不需要增加或改变封装工艺手段,工业生产实现简单,额外成本很少,具有较强的实际应用价值。

大角度直下式LED背光透镜的设计

液晶显示领域不断提出缩减成本方案,对于液晶电视LED背光系统,提出了一种大角度背光透镜设计方案,即在目标接收屏面具有较大照度辐射角度的背光透镜设计。采用特定的双自由曲面设计,入光孔设置为类椭圆型结构面将光源出射的光通量进行等角度划分,根据接收屏面的理想照度分布与入光孔每一角度出射光通量对应关系计算出出光面自由曲线。借助底部微结构处理,再根据模具及产品成型要求补全外观结构,得到符合设计指标的方案,有效地解决了因增大角度引起的黄斑问题,并达到目标接受面均匀度的要求。针对32英寸(81cm)的液晶电视背光模组,采用12颗最大正向电流为350mA的LED灯珠,在模组高度为30mm的系统中,设计的背光透镜模组达到了要求的亮度及均匀度。

基于菲涅尔透镜的室内LED射灯配光设计

为了将LED发出的光均匀投射到3m远直径为1m的圆形区域内,设计了一种LED(发光二极管)射灯。采用菲涅尔透镜对射灯进行二次光学配光设计,并通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角来优化投射光的分布。文中对菲涅尔透镜的投光效果、安全性和加工误差等方面进行了考察,结果表明设计是安全的、可靠的并具有良好的投光效果。