全息光栅在光学测量中的应用

本文介绍了全息光栅在各种光学系统焦距、截距、像散、单透镜折射率，以及会聚光束曲率半径和位移测量中的应用，并给出了部分实验结果。     

基于数字全息的热透镜效应测量

提出一种数字全息定量测量半导体激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应的方法。CCD采集Nd∶YAG晶体在不同泵浦电流下的数字全息图,通过数值重建得到热透镜效应引起的相位分布及其变化过程。再由相位分布计算得到对应的热透镜焦距。实验结果表明,利用数字全息技术可以准确和有效测量热透镜效应及热透镜焦距。     

全息透镜用于彩色胶片全息高密度存储

本文提出一种利用全息透镜实现彩色胶片全息高密度存储的方法。用红、绿、蓝三基色激光分别记录三个焦距相同的全息透镜,用三个全息透镜依次用三基色波长记录胶片的傅氏全息图,用原参考光照明再现,可合成彩色像。     

用变形全息透镜实现变形分数傅里叶变换

利用一发散点光源和一束倾斜平行光制作出在两个垂直方向上具有不同焦距的变形全息透镜,且用此全息元件实现了变形分数傅里叶变换。变形全息透镜两个方向上的焦距随全息记录条件和再现条件而变化,分析了用这种全息透镜实现变形分数傅里叶变换的条件。实验表明,用该元件能够方便地实现任意级次的变形分数傅里叶变换。     

基于全色全息透镜的增强现实系统

全息透镜是一种通过全息波前记录制作的成像元件.由于其形状因子小、波长和角度选择性等优势,在增强现实(augmented reality,AR)领域有着很好的应用前景.全色全息透镜的制作与成像过程分析是当前的难点.通过标量衍射理论推导了离轴全息透镜的共轭成像方程,分析了现有成像系统中的畸变和像散问题.此外,通过k矢量圆和光线追迹相结合的几何光学方法模拟了一个视场角为18°,眼盒为10 mm的AR系统,通过干涉曝光实验制作了全色全息透镜,其平均峰值衍射效率为56.7%,达到国际较高水平.将激光微投与全息透镜相结合,搭建了AR系统原型,得到了系统的畸变和像散效果实验效果,与模拟的情况相一致.并测量了系统的MTF参数,其清晰度基本满足人眼的分辨率需求.对于单色成像,提出了添加柱面透镜的方式,保证子午面和弧矢面的光焦度一致以消除像散;提出了设计自由形式的波前记录方式以消除畸变.对于全色成像,提出了记录过程中预先补偿的方法,以解决3个颜色通道之间图像不重合的问题.     

计算全息法测量长焦透镜面形和焦距

为了同时对长焦透镜的面形和焦距进行高精度检测,提出在Zygo干涉仪的球面光路中加入一个二元衍射元件作为检测件的计算全息法。 首先对计算全息法检测长焦透镜的面形和焦距进行了理论推导,并给出焦距误差公式。在Zemax中使用在平面基底上制作的二元衍射元件对一个长焦透镜的面形和焦距进行了模拟检测,其中对该长焦透镜面形的干涉检测PV值为0.0034λ,对焦距的检测精度为-0.11%。最后详细分析了两类误差对检测结果的影响,其中光学元件的位置误差影响不超过0.1λ;二元衍射元件的制造误差影响约0.01λ,在具体制造过程中,其径向位置误差和台阶误差可分别在2 μm和5 nm之内。在综合考虑各项误差的情况下,该方法的检测精度仍然可控制在2λ/25之内。     

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。     

局域体全息光栅衍射的平面波与柱面波的波前转换研究

利用一维耦合波理论研究了入射方向相互垂直的一束平面波与一束柱面波干涉形成光折变局域体全息光栅的波前转换情况。给出了透射波和衍射波振幅的解析表达式。讨论了该局域体全息光栅的几何尺寸以及全息透镜的焦距对光栅衍射效率的影响。结果表明,随着光栅横向尺寸的增加,光栅的衍射效率也逐渐增加。然而,光栅的衍射效率却随着光栅纵向尺寸的增加而减小。全息透镜的焦距越长,光栅的衍射效率也越大。此外,分析了光栅的布拉格选择特性,该光栅具有非常好的角度选择特性。在平面波与柱面波干涉形成全息透镜的设计中,为了获得最优的衍射效率,应当根据要求合理地选择记录所用柱面波和设计光栅的几何尺寸。     

多焦距多通道全息光学元件

本文介绍了由不同焦距与不同衍射方向的全息透镜组合而成的一种新型全息元件。这种元件中的每个透镜具有相同的物方光轴和不同的象方光轴。它可以把物方空间沿光轴方向上的不同物距上的物面分别成像在对应的通道上,从而把一个三维物场变为多个二维像进行显示。文中给出了应用此元件对三线粒子场进行检测的初步结果。     

复合全息透镜用作单色器

本文提出了用一个双复合重铬酸明胶全息透镜作单色器,计算并测量了此全息透镜的光谱半宽度,实验结果表明此新型单色器的可行性。     

多重结构的体全息存储傅里叶变换光学系统设计

分析了体全息存储傅里叶变换光学系统的设计要求和光学参量的确定。采用多重结构方法对傅里叶变换镜头的正向和逆向光路同时进行了优化,可实现对两对物像共扼位置控制像差。给出了前后组焦距分别为44mm和40mm的达到衍射受限要求的4片型球面全息存储光学系统的设计结果。     

Measuring optical properties of an eye lens using magnetic resonance imaging

We compare the focal lengths of porcine lenses measured optically and by using a novel MRI technique. The geometric properties of the lenses were also measured and compared. The MRI technique exploits the dependence of both the lens refractive index and relaxation rates on the local protein concentration. By measuring the refractive index and corresponding values of R2 (=1/T2) for samples of lens homogenates with different protein concentrations, the dependence of refractive index on R2 was determined empirically. R2 maps, constructed from monoexponential fits to multiecho images of a slice through the lens containing the optical axis, were converted to refractive index maps using this relationship. A simulated ray trace through the refractive index map provided an estimate of lens focal length that was compared to a direct optical measurement of focal length using a laser ray-tracing method. It was found that the mean focal lengths estimated from the two techniques agreed within experimental uncertainty. The refractive index profile along the optical axis was found to be well described by a simple function of the form n=n0 + n1 x ra where r is the (normalized) lens radius.     

Analysis of photorefractive volume holographic lenses with different recording and read-out wavelengths

The photorefractive volume holographic lenses for converting a plane wave to a lateral-spread spherical wave with different recording and reconstructing wavelength has been studied. Using the coupled-wave theory, the half-analytical solutions for the amplitudes of the space harmonics of the field inside the transmission geometry are presented. The values of the off-Bragg parameter at the reconstructed process and the diffracted beam's amplitude distribution are analyzed. In addition, the dependences of diffraction properties on the focal length of recording spherical wave and on the geometrical dimensions of the grating are discussed. Furthermore, the focusing properties of this photorefractive holographic lens are analyzed.     

光横向传播的光折变体全息透镜设计及其衍射性质

提出了一种新型的可用于光束横向传播的光折变体全息透镜。该透镜是由入射方向相互垂直的一束平面波和一束球面波在双掺杂的铌酸锂晶体平板上记录形成的，它可以将垂直入射晶体平板的输入光束产生横向传输并聚焦，或对输入光点产生横传并准直输出。该透镜除了具有一般体全息透镜的稳定性好、可靠性高的特点外，特别具有光束横向传播的功能，因而具有空占比小、更易于整个光学透镜系统的微小化集成的优点。利用局域体全息的耦合波理论，计算了该透镜衍射光的振幅分布和衍射效率。计算了该透镜的焦面上的强度分布，并与理想球面波照射矩形孔径时焦面上的强度分布进行了比较。     

利用CCD进行透镜焦平面的定位

设计了由全息光栅和CCD等构建的光电混合处理光路,实现对透镜焦平面的定位.采用反射式光学元件设计记录光路,制作满足特定空间频率的全息光栅,并利用质心法计算得到CCD采集面上光斑的中心坐标.     

物光参考光同光轴的体全息存储光学系统设计

将两块漫射板分别置于输入面的两侧,使物光和参考光同光轴,可以使体全息存储傅里叶变换光学系统更为紧凑。然而,在这种全息存储光学系统中,物光和参考光的总数值孔径较物光数值孔径大很多。分析这种体全息存储光学系统物光和参考光光路的设计要求和光学参量的确定;采用多重结构方法对物光正向光路、逆向光路和参考光光路同时优化设计,实现对物光光路二对物像共扼位置控制像差,并满足参考光光路的要求;给出前后组焦距分别为33 mm和30 mm的物光和参考光同光轴,前工作距为30 mm,物光和参考光总数值孔径为0.53的全息存储光学系统的设计结果。系统的波像差小于0.071λ,达到衍射极限。     

Focal length measurement based on Hartmann–Shack principle

A novel means of focal length measurement is proposed based upon Hartmann–Shack principle of wavefront detection. Mathematical approaches of focal length measurement are deduced without the necessity of knowing the position of lens principle plane. In experiment, laser sources with wavelength of 633 nm and 780 nm are separately used and focal length of three pieces of doublets is measured under two wavelengths mentioned above. As were shown by the results, this method of focal length measurement could not only accurately measure lens focal length, but also evaluate chromatic aberration of them. Since the intensity of light is detected by CCD, optical characteristics of lens beyond the range of visible light are also measurable when response range of CCD allows. This new means of focal length measurement is characterized by high accuracy, fast measuring and easy to setup, thereby, it is applicable in wide fields of area.