高分辨率衍射图形的DMD并行激光干涉直写

通过将数字微反射镜（Digital Micro-mirror Device,DMD）输入阵列图形微缩干涉成像,激光干涉直写系统在光刻胶板上得到缩小的干涉光斑图形,像素特征尺寸3.5 μm,干涉条纹周期1 μm.控制刻蚀深度、干涉条纹取向和DMD输入图形的结构,系统能数字化完成2D/3D、3D光变图像、超微图形文字以及二元光学元件的制作,实现了超高分辨率图形与高效的干涉光刻.给出了实验结果.     

一种新型数字化衍射光变图像的存贮系统

研制了一种新型数字化衍射光变图像的存储系统。采用SLM作为自动文字输入,由消像差的远心缩微光路缩小输入文字,每个输入文字均由光栅干涉头进行调制,从而形成用于光信息存储的干涉光场,改变调制光栅的取向和条纹间隔,将改变存储文字的衍射特性。在光刻胶干版上的存储实验表明,存储的最小衍射文字尺寸可达40μm,单通道存储达3.7×104bits/cm2,而且存储的信息可以复制。     

消色散光变图像的二元光学设计与制作方法

提出了一种实现消色散光变图像的二元光学方法.以不同取向的狭缝光阑作为目标物光场,采用迭代傅里叶变换算法计算得到具有定向衍射特性的二元位相结构,并作为光变图像的微结构.面向不同图形结构的光变图像,给出了两种不同的数据方案.利用自行研制的激光直写系统以逐图形方式和矢量化直写工作方式分别光刻不同结构的光变图像,位相结构的线宽为2 μm.实验结果表明,定向衍射二元光学位相结构具有消色散特征,且适合于热压复制工艺,为制造消色散光变图像提供了一种新方法.     

基于空间光调制器与CCD的衍射和干涉定量实验

利用空间光调制器与CCD摄像机,取代传统的光刻掩膜板及白屏,构建成新型光衍射与干涉定量实验系统,将PC机软件绘制的狭缝小孔等衍射图案传输至空间光调制器,用CCD接收其远场衍射和干涉图样,再用PC机处理图像,做定量分析.可验证狭缝和圆孔衍射公式;对形状和空间关系复杂的异形孔,也可方便地实现衍射干涉图样的观察存储与测算.     

利用干涉光刻技术制备LED表面微纳结构

为了制备大面积周期性微纳米结构以提高LED的发光效率,建立了劳厄德(Lloyd)干涉光刻系统。简单分析了该干涉光刻系统的工作原理,并介绍了利用干涉曝光工艺制备一维光栅、二维点阵、孔阵列等纳米结构图形的具体实验过程。最后对纳米图形进行结构转移,制备出了金属纳米结构。实验结果表明:利用劳厄德干涉光刻系统,可以在20 mm×20 mm大小的ITO衬底上稳定制备出周期为450 nm的均匀光栅或二维点阵列图形结构,它们的占空比也是可以调节变化的。     

图像相加实验中像面干涉条纹的消除

本文对图像相加实验中像面上产生干涉条纹的原因从理论和实验上作了分析讨论，找到了消除干涉条纹的方法。     

基于干涉条纹图像对比法测量微位移

研究了基于迈克尔逊干涉条纹对比法测量微位移的实验。用He-Ne激光器、反射镜和分束镜组成的干涉光路,其中一个反射镜固定在被测物体上,通过被测物体的移动带动反射镜移动使干涉光路发生变化,从而导致干涉条纹的改变。在形成干涉条纹的位置利用线阵CCD采集干涉条纹图像,用序列图像对比的方法对图像进行处理和计算,得出被测物体的微位移。实验表明利用序列图像对比的方法测量微位移,方法切实可行、测量准确度高、测量的精度能够达到微米量级。     

垂直扫描白光干涉术用于微机电系统的尺寸表征

随着微机电系统的发展,器件设计和加工过程中的表征成为一个主要问题。提出了将扫描白光干涉表面轮廓测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上。测量系统采用了米劳显微干涉仪,利用压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向100μm范围内的精确扫描,并通过傅里叶变换算法获取条纹包络峰的位置,进而得到器件的整体集合尺寸信息,与相移干涉方法相比大大提高了测量范围。通过测量纳米台阶对该系统进行了精度标定,测量重复性在亚纳米量级。最后通过测量微谐振器和微压力传感器的几何尺寸说明了该方法的功能。     

全息光栅拼接系统中的像差补偿法

全息光栅拼接参数需要用参考干涉条纹来检测。系统像差会造成干涉条纹扭曲,产生光栅拼接误差。为补偿像差造成的光栅拼接误差,对像差与干涉条纹扭曲量之间的理论关系进行了研究,利用计算机模拟了参考干涉条纹图像,并将光栅拼接误差预调制到参考干涉条纹图像中。为验证该方法的有效性,在曝光系统像差峰-峰值为0.72λ的情况下进行了光栅拼接实验,在光栅拼缝处像差造成-1级衍射波面最大突变量为0.36λ。利用预制参考干涉条纹图像作为拼接参考时,其最大突变量为0.097λ。实验结果表明,在曝光系统像差较大的情况下,干涉条纹预制法能够有效地控制光栅拼接误差。     

90°全息记录衍射效率分析与提高

对光折变全息记录特别是双中心全息记录中90°记录结构下较低的衍射效率进行了研究,采用局域衍射理论对90°记录结构的衍射进行了分析,表明在同样的折射率变化和2 mm的光束宽度的情况下,只有当折射率光栅振幅大于10~(-4)时,90°记录结构衍射效率才能够与小角度透射记录结构的衍射效率大致相当。针对环境干扰导致的干涉条纹振动影响光栅记录,提出了有效调制度概念,根据分析90°记录结构的干涉条纹间距很小,容易受外界环境干扰而导致低的折射率变化率,因此应采用主动条纹锁定系统。此外在双中心全息记录中,微观光学参量的优化对衍射效率影响也很重要。     

光学综合孔径成像中的傅里叶相位研究

傅里叶相位是光学综合孔径成像的重要信息,观测目标的傅里叶相位包含于干涉条纹中。从像平面干涉条纹形成原理出发,推导出大气扰动、星光方向与基线方向不垂直和望远镜系统机械误差等因素是影响干涉条纹初始相位的主要因素。利用条纹原点值和峰值位移从条纹中提取初始相位,采用闭合相位法从条纹初始相位中去除其它因素的影响,从而最终获取目标傅里叶相位：结合计算机模拟对噪声给条纹峰值位置的影响进行分析,模拟结果表明在频域中对条纹能量谱进行阈值处理有较好的去噪效果。最后结合目标重构迭代法阐述了闭合相位在像重构中的作用。     

基于LCD数字投影技术的傅里叶变换法测量物体三维形貌

利用数字投影栅线技术, 采集变形前后的两幅图像,存入计算机中,然后根据Fourier变换原理进行处理,解调出物体的形貌信息.整个过程自动化程度较高,尤其是投影栅线为正弦栅线且栅距随意可调,比栅板投影栅线所含噪音小,因此精确度较高,而且使用的仪器常见,对环境要求 低,简便易行,有利于进一步推广.给出对爆竹像的实际测量结果,结果表明了该方法的实用价值.     

Spatial and Temporal Properties of a Nonlinear Optical Feedback System

We experimentally investigate the spatial and temporal properties of a nonlinear optical system composed of an optically addressed spatial light modulator and a two-dimensional optical feedback. The system property is examined using fringes with only one spatial wave vector. The fringes are spontaneously generated using a spatial frequency filter in the optical feedback. We also experimentally investigate the properties of the spatial light modulator in the system using ordinary interference fringes in order to compare with the system property. We demonstrate that the spatial frequency response of the nonlinear optical system is identical to that of the spatial light modulator. We also demonstrate the distinctive temporal behavior of diffraction lights from the fringes generated in the system.     

高分辨率蓝光光学显微测量系统

本系统用波长为405nm的超亮度蓝色发光二极管作为光学显微镜的照明光源，结合CCD图像传感技术和图像采集技术，实现了对显微图像的实时观察和存取的计算机化。观察到的DVD盘片的清晰显微图像表明，其光学分辨率优于400nm。运用自编的图像分析软件对采集到的CD RW光盘图像进行分析和标定，测定其道间距为1.6μm。因此，本系统在显微观测领域，特别是对观测和分析接近普通光学显微镜分辨极限尺寸的微结构，有重要的实用价值。     

基于菌紫质F态的永久光存储研究

在线偏振飞秒激光激发下, 菌紫质通过双光子光化学反应可以生成具有永久光致各向异性的蓝移产物F₅₄₀态. 基于F₅₄₀态的永久光致各向异性, 通过调控飞秒激光空间光场分布, 可以在菌紫质薄膜中实现永久光信息存储. 本文使用纯相位型空间光调制器调制飞秒激光光场, 在物镜焦平面上生成光学点阵图案, 可以将信息快速记录在菌紫质薄膜中. 同时, 通过改变入射激光偏振方向, 可以实现偏振复用光存储, 这在高密度光存储和数据加密领域具有潜在应用.     

光学低通滤波器的频率特性和光谱特性

光学低通滤波器是利用石英晶体的双折射效应和红外截止滤光片设计而成的。它在CCD摄像机传感器前可以有效地降低或消除离散光电探测器对不同空间频率目标成像所产生的拍频效应或条纹混叠现象,并能消除红外光对彩色还原的影响,从而提高了CCD摄像机成像的视觉效果。     

傅里叶望远镜发射阵列的冗余度及“冗余度-斯特列尔比-目标信息”特性分析

傅里叶望远技术中不同的基线配置产生不同方向的多组干涉条纹以扫描目标表面. 能否有效判断条纹方向与目标表面细节信息是否匹配决定了目标空间的采样效果. 本文首先对发射基线的冗余度进行了分析, 之后提出了一种新的发射基线分析方法, 通过定义冗余度-斯特列尔比-目标信息(RST)的概念, 将基线冗余度、目标细节信息与重构图像质量相结合. 分析了目标空间细节信息与基线配置的匹配关系. 文中采用T形阵列对目标空间频谱采样. 当某一基线配置的RST 值满足文中所设定的大小关系时, 判断目标的细节信息主要分布于阵列的横轴方向还是竖轴方向. 并以此为参考, 调整下一步基线扫描时横竖两轴的扩展规模, 实现了利用目标空间的较低频反馈信息来指导较高频信息的采样基线配置. 此分析方法的建立有助于优化傅里叶望远系统真实发射阵列的工作方式, 使基线的频谱与目标的空间谱较好地匹配, 达到更好的探测结果.