实现ICF束匀滑的二元光学器件设计与制作

 采用爬山法和模拟退火法相结合的混合优化算法,设计得到了二元光学器件的良好位相结构;基于高斯分布随机信号模型,分析了二元光学器件对输入波面位相畸变的宽容度。首次针对波长λ＝1.053μm研制了φ10mm的连续位相二元光学器件,并通过多级衰减片及CCD实现了焦斑光强分布测量,结果表明得到了边缘陡峭、旁瓣小、中心主瓣具有一定均匀性、且没有中心零级锐脉冲的焦斑光强分布。     

焦斑形态精细化设计及其性能分析

 对实现焦斑形态控制的衍射光学器件进行了精细化设计,模拟计算结果表明,可同时满足洞口附近旁瓣光强峰值不超过主瓣平均光强的0.01%,且主瓣顶部不均匀性小于10%。选取不同的采样间隔对比说明了精细化设计相对于传统设计,能真实准确地获得焦斑形态的性能参数。最后,采用功率谱密度(PSD)方法初步分析了器件几何结构与焦斑性能,特别是旁瓣间的对应关系。     

用于固态照明的自由曲面微透镜设计

针对LED照明应用中,现有二次光学设计过程对LED初始光强空间角分布的依赖性,讨论了用于LED照明的自由曲面微透镜器件的设计方法.根据斯涅尔定律和边缘光学理论,研究了自由曲面微透镜的面形构造算法,建立了自由曲面微透镜器件的光学模型,并用光学模拟软件对其照明性能进行了模拟实验.结果显示,该微透镜器件能够在目标面上获得满足预期要求的照度分布,照明均匀度在92%以上,且其结构有效解决了LED初始光强空间角分布复杂化的现状和现有二次光学设计对光源初始光强空间角分布依赖性的矛盾.     

大口径衍射光学束匀滑器件的研制

 采用爬山－模拟退火混合优化算法,选取合适的权重因子,改善了衍射光学束匀滑器件的设计性能,其顶部不均匀性小于1%,能量利用率优于95%。采用旋转镂空掩模板,加工出Φ 180的束匀滑器件,并进行了实验研究,获得了较好的束匀滑光强包络。为获得真实的束匀滑分布、改善顶部均匀性、提高抗波前畸变宽容度,选取特定的焦面采样间隔进行了精细化设计。     

二元光学分束器输出稳定性的优化设计

 提出将微分-积分法用于二元光学分束器的设计, 以改善其输出对输入变化的敏感性。模拟计算表明, 使用这种方法设计的分束器, 当输入光束形状和强度变化时, 目标光强分布保持一定程度的稳定性, 衍射效率达到92.67% , 光强不均匀性小于0.002%。当输入由基模高斯波变为超高斯波或带有微小随机起伏的矩形光斑和平面波时, 衍射效率最低仍能达到89.60% 以上, 光强不均匀性最高为11.49%。综合衍射效率与光强不均匀性两方面考虑, 本文设计结果优于现有文献报导。     

实现光束变换的连续位相衍射光学器件的研制

本文利用基于模拟退火法和爬山法相结合的混合优化算法,实现光束变换的连续位相衍射光学器件的设计。通过灰阶掩膜板及离子刻蚀工艺,研制了 Φ１００ｍ ｍ 的连续位相衍射光学器件。通过多级衰减片及ＣＣＤ 实现了焦斑光强分布测量。测量结果表明：边缘陡峭、旁瓣小、中心主瓣具有一定均匀性,且没有中心零级锐脉冲的焦斑光强分布     

光学双稳性的静态稳定度和光强稳定器

本文讨论了光学双稳态光强稳定器特性的物理量——静态稳定度S.据此分析了几种光学双稳态器件在稳态条件下输出光强的稳定性.指出对这种稳定性而言多光束干涉器件优于双光束干涉器件;非线性反馈优于线性反馈,尤以指数反馈为佳.本文还报道了具有指数反馈的电光混合光学双稳态光强稳定器的实验结果,获得了S(?)50的较高稳定度.实验结果与理论计算结果相符.     

菲涅耳区衍射光学束匀滑器件的设计

 采用精细化设计方法，进行了菲涅耳区衍射光学束匀滑器件的设计，利用爬山-模拟退火混合优化算法，获得了真实的束匀滑分布，不仅控制了算法采样点上的光强分布，还控制了其他非采样点上的光强分布。优化得到的束匀滑器件的位相深度小于π，易于后续加工。     

衍折射设计用于均匀照明的衍射光学器件

 在工艺上衍射光学元件是通过相位板来实现的,由于其多台阶化产生的不连续性,会对目标光场产生sinc调制,产生高级次衍射斑,损失了15%或者更多能量。通过对设计衍射光学器件的传统的IO迭代算法进行了研究,提出了一种与衍折射相结合的设计方法,在衍射光学器件的部分区域形成一块连续相位区域,减少了相位片台阶化区域的光强和衍射斑的强度。通过逐步变化连续相位对输出光强情况的影响的研究,可以优化相位参数,使入射到输出面的光束保证一定匀滑性的前提下,提高目标光场区域的衍射效率达到90%以上,能够满足均匀照明的要求。     

基于光纤Fabry-Perot滤波器的电光混合光学双稳态

提出了一种新型的电光混合光纤光学双稳装置,它由波长为1.55μm带尾纤的DFB半导体激光器、全光纤可调谐Fabry_Perot滤波器和电光反馈电路构成。实验中通过改变输入光强实现了光学双稳运转。讨论了该双稳器件在激光光强稳定器和光纤传感器方面的应用。     

用SA-BIWP混合算法设计三维圆环光束的BOE

提出用模拟退火—体迭代混合算法（SA-BIWP）设计二元光学元件（Binary Optical Element-BOE）,实现了将入射平面波整形为圆环光束输出,并使该圆环光束在沿轴向一定距离的范围内保持光强分布不变.模拟计算表明,该混合算法对设计控制波前在三维空间传播的BOE具有良好的通用性.     

二元光学元件和新型超分辨光盘读写头的设计研究

本文采用杨-顾相位恢复算法数值模拟设计了一个用于光盘读写头的二元光学元件,并构思了一种新型超分辨光盘读写头,在现有光盘读写头的激光波长处和数值孔径基础上,利用该二元光学元件实现光学超分辨,从而提高光盘存储容量.     

一种二元光学元件阵列微芯模的工艺设计研究

提出一种二元光学元件微型芯模的工艺设计方法,该方法利用了数字调制器件（DMD芯片）的空间光调制特性。首先通过编程设计出二元光学器件的相关软件,以实现菲涅耳透镜、达曼光栅、龙基光栅等各种矢量图形,经过14倍精缩光学系统,将由DMD芯片生成的二元光学器件图像成像在涂有光刻胶的基板上。经显影、定影和坚膜后,再利用电化学蚀刻,得到一种二元光学阵列的微芯模。这种二元光学的芯模制作方法可以方便、高效、低成本地用于制作微光学器件。     

基于二元光学的红外成像光谱仪离轴系统设计

对Lyons采用二元光学元件的红外成像光谱仪的设计理论进行了分析，为消除其二元光学元件作为透射式成像元件导致的焦距随波长的变化而变化的缺陷.提出将离轴三反射镜系统与具有二元光学透镜的变焦距系统相结合的新技术方案，并从军事目标的红外热探测的基本要求出发，给出了具体的设计实例.设计结果表明，系统具有设计精巧、结构简单、光能接收率高、消像差特性好、对材料的要求低以及满意的红外焦平面凝视阵列探测器的配准精度和探测精度.     

替代柱面透镜的二元光学元件设计

在二极管泵浦固体激光器耦合光学系统中，柱面透镜起着非常重要的作用。随着系统轻量化、小型化的要求需要用重量轻、尺寸小的光学器件来替代。本文介绍一种用于替代柱面透镜的二元光学元件的设计和制作方法。     

基于蚁群算法的二元光学优化设计

为了提高二元光学优化的速度,进一步提高衍射效率,提出一种采用蚁群算法直接设计二元衍射光学元件(BOE) 的方法, 构造出了用蚁群算法对具体的二元光学元件——矩形孔径多阶相位调制型光栅优化设计的有向图, 用Matlab对其结果进行仿真,缩短了运行时间,并使元件的衍射效率得到进一步提高。     

四通道激光干涉仪中二元光学分束器的退偏问题

经理论计算，在四通道激光干涉仪中二元光学分束器的退偏问题通常不会影响仪器的测量精度，实验结果支持这个结论。用其取代传统的棱镜或平板玻璃来分束有着明显的优点。但当光栅周期小于波长量级和测量精度达纳米级时，对其退偏问题要给予充分的考虑。     

An approach to achieve lateral superresolution for small probe confocal measurement system and its element

A shaped annular beam superresolution approach is proposed to improve a lateral resolution of a small probe laser confocal measurement system (LCMS). The approach proposed enables lateral superresolution measurement of LCMS to be achieved by using a binary optical diffractive element to shape a He–Ne Gaussian laser beam into an annular beam with an inner diameter of 0.87 mm and an outer diameter of 1.8 mm required for superresolution measurement, and shift the beam spatial frequency from low to high. And a binary optical element (BOE) with 16 phase levels is designed and fabricated to shape a Gaussian laser beam into an annular beam. Preliminary experimental results indicate that an intensity distribution of a shaped annular beam is in agreement with simulation results, the diffractive efficiency is 87.2%; LCMS lateral and axial resolutions of 0.2 μm and 3 nm are achieved, respectively, and its measurement range is expanded nearly to double, when BOE is used in LCMS and , NA=0.85.     

采用二元光学元件的三维轮廓测量方法

提出了采用二元光学元件(BOE)进行三维形貌测量的新方法。设计二元光学元件产生空间二维点阵结构光,经物面调制后的点阵信息被相机一次获取,利用三角测量法得到物体的三维空间坐标。按该方法处理得到的结果与实际物体的形貌特征吻合。结果表明,按该测量系统具有便捷式功能,适用于三维照相等应用领域。