飞秒激光非线性频率转换的自适应优化过程

使用闭环控制的自适应控制光学系统对飞秒激光的波前进行调控,可以有效改善激光与物质相互作用中由于相位畸变或光路偏差导致的效率下降。利用可编程纯相位的液晶空间光调制器结合模拟退火算法设计的自适应优化系统,在BBO晶体的飞秒倍频过程中实现了对相位畸变和光路偏差导致倍频效率下降的自动补偿,从而实现飞秒倍频效率的最优化。     

基于空间光调制器的飞秒并行加工方法研究

针对飞秒激光微加工中能量利用率和加工效率低的问题,提出一种基于空间光调制器的飞秒并行加工方法。在讨论衍射光栅入射角与衍射角关系的基础上,分析了叠加多个衍射光栅产生多光束的原理,运用GS算法对目标多光束进行优化并计算出相应的相位全息图,将该全息图加载到空间光调制器中获得了多光束。采用脉宽100 fs、波长800 nm的飞秒激光,进行聚焦PMMA样品内部的并行加工实验,观察到PMMA上多点组合的一和工字型,得到了光束能量均匀的图形。实验结果论证了该方法对于多光束并行加工控制的有效性。     

基于液晶空间光调制器的光束变换研究

搭建了基于液晶空间光调制器的光束变换光路系统,介绍了一种通过编写程序来实现特定的光束强度分布的方法。利用MATLAB编写了闪耀光栅、菲涅尔透镜、环聚焦透镜、柱面菲涅尔透镜、小孔以及衍射调制板的灰度光栅图,并将其加载于液晶空间光调制器上,成功实现了光束变换。     

X射线激光全息的理论研究

在对实验室Ｘ射线激光空间相干性理论研究的基础上，提出了Ｘ射线激光全息的一种可行的原理性光路设计，对无透镜产叶变换全息的记录和再现过程进行了理论模拟。     

可编程菲涅耳相位透镜应用于多平面全息投影

研究了基于菲涅耳相位透镜实现多平面全息投影的方法,采用硅基液晶相位调制器建立了多平面全息投影系统.首先,利用可编程菲涅耳相位透镜代替傅里叶透镜,将计算机生成的相位全息图与菲涅耳透镜的相位结合;其次,基于时分复用和空分复用原理提出了加载菲涅耳相位透镜与相位全息图到相位空间光调制器上的两种方法;最后,讨论了在多平面全息投影中每个单一平面实现旋转物体动态360°视角显示的方法.实验结果表明:在距离硅基液晶分别为500、800、1 100和1 400mm处的四个重构平面可以获得全息投影图像;通过动态地改变菲涅耳相位透镜的焦距,可以实现多平面全息投影.     

体全息存储系统中的傅里叶变换透镜设计

提出和设计了一种应用于体全息存储系统的傅里叶变换透镜,是为了适应体全息存储系统对傅里叶变换透镜的特殊要求而设计的。设计中使用了光学自动设计软件ZEMAX。综合各方面考虑,采用双平凸结构,具有以下特点:焦距短,系统结构紧凑;焦距易于改变,以方便实现不同焦距比;工作视场大,能提高体全息存储系统的存储密度;结构简单,容易加工装调,造价低。透镜组用于像素数为1k×1k的空间光调制器(SLM)与CCD匹配对准。     

基于空间光调制器的光束大角度扫描技术研究

为实现一束激光在90°锥形范围内的扫描,利用液晶空间光调制器在光束偏转控制时精度高、无机械惯性等优点,研究并建立了基于液晶空间光调制器的光束偏转和角放大光路系统。提出了空间光调制器的可编程相位调制算法和角放大光路结构,推导了空间光调制器光束偏转角度与相位灰度驱动图的关系,设计了角度放大倍率高于22倍的角放大光路系统。在此基础上,建立了光束扫描控制实验系统,对该装置角度出射范围进行了测量,将实际的角放大倍率与设计值进行对比。实验结果表明:研制系统的出射视场角可达91.22°,并可通过畸变校正实现出射视场角范围内的规则形状扫描。该研究在光束敏捷控制、无线激光通信、目标搜索与追踪等领域具有重要的研究价值和应用前景。     

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.     

空间光调制器曲面拼接实现全息三维显示视角拓展

本文对多空间光调制器不同拼接方式拓展全息三维再现像视角的方法进行了分析,基于多片空间光调制器拼接拓展视角的思想,利用平面反射镜、分光镜和两片透射式空间光调制器设计了曲面拼接系统,进行了全息三维再现像的视角拓展实验研究。用该系统对四棱锥物体的层析菲涅尔衍射全息图进行再现,结果表明,总视角由基于单片空间光调制器的1.7°增大到3.2°,即拓展到约1.9倍,分光镜能够消除两片空间光调制器间的间隙,实现无缝拼接。该方法同样适用于更多空间光调制器的曲面拼接中,可以有效地拓展全息再现像的视场角大小。     

基于光场调控的飞秒激光直写光波导研究进展(特邀)

飞秒激光直写是一种无掩模、高效、灵活的三维加工技术,可以对材料实现微纳米级加工,已经成为应用最广泛的材料精密加工技术之一.基于光波导的微纳光子器件(如分束器、频率转换器和电光调制器等),不但可以保持块体材料本身的优异特性,还能极大提高器件的性能和集成度,具有块体材料器件所不具备的特点和优势.因此,对集成光波导和光波导器...     

A Hologram Computer-Aided Design Tool Extends the Function for Designing and Analyzing Holographic Optical Elements Illuminated by Multiple Point-Sources

The function of a hologram computer-aided design tool which the authors have developed are extended to handle both designing and analyzing holograms illuminated by a two or three-dimensional white-light image. The ability to search for an optimum image plane is also now possible. HOE lenses illuminated by multiple point-sources and by a point-source with a certain spectral bandwidth are designed and analyzed using the extended functions. Accuracy and usefulness of the functions are demonstrated from the results of the design and analysis.     

Reconstruction of Optical Surfaces from Ray Data

We present a reconstruction algorithm to compute the topography of one or two optical surfaces of an arbitrary shape. The surfaces are constructed from a set of first order partial differential equations. The data consists of information on ray deflection by the surfaces. The algorithm can be used for lens design, to analyze an unknown lens, or for quality control purposes.This paper was originally presented at the 2nd International Conference on Optical Design and Fabrication, ODF2000 which was held on November 15-17, 2000 at the International Conference Center, Tokyo, Waseda University, Japan.     

光学补偿法的变焦距物镜的光学设计

本介绍采用光学补偿方式实现变倍和像移补偿的变焦距物镜的设计过程，并给出一个设计结果。     

The Design of Flat Intensity Lenses for Optical Pick-up Units

Beam-shaping optics are used in optical pick-up units to improve the optical power efficiency of the light path. In this paper a flexible method is presented to design beam-shaping optics with aspherical surfaces transforming the intensity profile of the light beam into any desired profile. The method is applied to a collimator lens that transforms a Gaussian beam profile to a flat top.     

基于混合梯度下降的高性能光刻机离轴照明衍射光学元件设计

深紫外(DUV)光刻机照明系统普遍采用衍射光学元件(DOE)实现光瞳整形。根据光刻机的指标要求,衍射光学元件应具有高衍射效率和高均匀性的特点。传统的相位恢复算法如Gerchberg-Saxton(GS)及其改进算法,一般只能通过降低均匀性来提高衍射效率,无法得到最优的解。而全局优化算法如模拟退火法、遗传基因法等需要大量的计算时间,难以实现像素数目多的深紫外DOE的设计。为了克服上述困难,提出了一种基于GS的混合梯度下降算法,在迭代过程中对每次迭代的振幅进行加权反馈修正,在加快收敛速度的同时,减少误差,同时实现高效率和高信噪比。利用该算法对光刻需要的传统、四极照明光瞳、定制照明光瞳的DOE进行了设计,结果表明,实现传统和四极照明光瞳的16阶量化相位DOE的衍射效率均超过92%,而非均匀性分别为3.98%和2.3%。实现定制照明光瞳的DOE的衍射效率为91%,图形恢复误差为5.8%。该方法为获得高性能深紫外DOE提供一条可行的途径。     

基于散射模型设计外遮光罩

通过对粗糙表面散射情况的分析发现,普通金属材料的表面散射能量主要集中在10°散射角内。针对这种现象,提出了基于该散射特性的光学系统外遮光罩设计方法,该遮光罩的杂散光抑制角比基于反射理论计算的大5°,具有良好的散射杂散光的抑制作用。最后以Ritchey-Chirtien(R-C)光学系统为例,为其设计了合适的遮光罩,并在TracePro软件中对比性地建模、分析。结果证明了该模型的正确性,且该遮光罩对抑制杂散光起到了很好的效果,点源透射比(PST)相对较低。     

激光核聚变诊断设备双光束交汇瞄准技术研究

 针对惯性约束激光核聚变诊断设备的精确安装瞄准问题,提出一种新的基于双光束交汇瞄准系统。瞄准指示光学系统采用里斯特显微物镜结构,物像距为180mm,放大倍率为10倍,数值孔径为0.25。机械结构设计采用二维指向可调、沿瞄准指示光学系统光轴可以移动的三维调整机构。系统整体占用空间锥角为28°,小于设计要求极限30°。分析了系统的瞄准误差,结果表明该系统的瞄准精度可达到25μm。该系统瞄准精度有望在激光核聚变靶室得到广泛应用。     

大相对孔径红外消热差物镜设计

研究了大相对孔径光学系统的设计方法,讨论了光学设计初始的光焦度分配计算,设计了F数为0.9的大相对孔径红外消热差物镜。建立了由多个光组构成的组合光学系统的消热差模型,结合光学系统的结构型式和所选择的光学材料组合,获得了初始的光焦度分配,利用计算机辅助优化设计完成了像差校正。环境温度分析表明,在-40～60℃,该物镜成像质量稳定,调制传递函数（MTF）接近衍射极限。实际设计结果与理论计算结果相符合。     

稳像光学系统设计

重点沦述光学稳像的光学原理,并引用具体的平面反射镜作为光学补偿元件(也就是光稳元件)的稳像方式加以阐述,由此导出倒像系统和正像系统达到相对稳像和绝对隐像时补偿角与扰动角之间的关系式。论述采用会聚光路稳像时由棱镜的微量转动而达到绝对稳像时棱镜转动中心的求法。论述光稳元件兼作转像棱镜时光稳元件的有效孔径与转功中心和棱镜位置的关系。     

Elements of Cost-Based Tolerancing

One goal for optical design is to assign tolerances so that the as-built systems satisfy all required specifications and have the lowest fabrication and assembly expense. Tolerances affect not only the image quality, but also the production cost. Thus tolerance assignment is a critical step in the optical design process. In this paper we discuss the essential elements of a cost-based tolerancing method. The paper concludes with an example comparing results from a cost-based tolerancing procedure with results from a conventional approach.This paper was originally presented at the 2nd International Conference on Optical Design and Fabrication, ODF2000 which was held on November 15-17, 2000 at the International Conference Center, Tokyo, Waseda University, Japan.