二元光学波面变形器件的研究

基于计算全息原理设计了二元光学波面变形器件，一块二元光学器件的衍射效率比计算全息可提高４倍，高斯波面整形需要二块整形光学器件，二元光学器件的激光利用率比计算全息提高１６倍，而且制做工艺简单．     

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。     

体全息光学元件布拉格偏移特性的研究及其应用

本文研究了体全息光学元件的布拉格(Bragg)偏移及补偿特性,得出了在某些调制度下,在偏移布拉格条件下仍可以得到较高的衍射效率的结论.文中也讨论了体全息光学元件布拉格偏移的容忍性并分别讨论了体全息元件布拉格偏移所允许的角度偏移和再现波波长偏移的性质,得出了在大调制度下体全息光学元件的布拉格偏移容忍性大的结论.同时指出实现体全息光学元件高衍射效率的变波长再现的途径,并给出相应的实验结果.     

彩色数字全息的非插值波面重建算法研究

彩色数字全息及多波长照明的数字全息检测研究中,避免插值误差的可变放大率波面重建是一个重要的研究内容.由于Fresnel衍射积分可以表示成Fourier变换及卷积两种形式,对应地存在两种波面重建算法：其一,将重建距离分为两段的衍射“接力”算法;其二,用球面波为重建波的卷积算法.文中对这两种算法进行理论分析及实验研究,讨论让重建计算满足取样定理的条件.结果表明,卷积算法较容易满足取样定理,能够获得较好的重建物光场. 关键词： 彩色数字全息 波面重建 衍射计算     

角谱衍射公式的快速傅里叶变换计算及在数字全息波面重建中的应用

从取样定理出发,对角谱衍射公式及逆运算的快速傅里叶变换(FFT)进行了研究.基于研究结果.讨论数字全息研究中物光通过一个光学系统到达CCD探测器的波面重建问题.提出物光场的逆运算追迹重建及像空间波面重建两种方法.最后,通过数字全息实验及波面重建计算,对两种波面重建方法的可行性作出证明.     

全息光学元件递推制作的数学模型

用递推制作方法可制作出像质优良的全息光学元件。首先用球面光路系统产生球面参考波,制作一块中间全息元件,然后用这块中间全息元件产生非球面参考波,制作出最终全息元件。本文阐述全息光学元件递推制作的数学摸型。     

光致聚合物全混洗光互连全息元件的制备

采用只对红光敏感的光致聚合物全息干版通过 Ｈｅ－Ｎｅ ６３２ｎｍ激光波长两次掩膜曝光,在面积为３０ｍｍ × ６０ｍｍ的全息干版上制备出全息光学元件,并成功地用于全混洗光学互连的实验演示。全息光学元件的衍射效率为 ４０～ ５２％。     

非水溶性红敏光致聚合物全息性能的改善及其应用研究

为使非水溶性红敏光致聚合物材料的全息性能得到改善,采用复合光敏增感、复合引发和复合单体的方法反复对比实验,改善后体系的灵敏度为0.02 cm2/mJ,衍射效率高达83%,计算得到材料的最大折射率调制度为4.1×10-3.实验结果和理论分析表明,利用该材料制作的新型全息光栅具有损耗低、通道宽度窄、衍射效率高等优点,适于制作光通信中的波分复用器及各种光学元件.     

数字微镜器件在视频全息中的应用

为研究数字微镜器件在视频全息中的应用,探讨了基于数字微镜器件的全息编码方法。基于数字微镜器件的微观物理结构,讨论二维离散微镜像素结构、开态微镜列的闪耀光栅特性和脉宽调制的微镜偏转工作原理。将数字微镜器件分辨力、微镜尺寸、间隔、旋转角度、参考光入射角以及衍射条件等因素结合到计算全息编码中,提出干涉面抽样方法、相位补偿技术和无偏置二元全息编码方法,使产生的计算全息图适应数字微镜器件独特的空间光调制特性和计算视频全息的要求。实验表明,该方法调整了重构物光波的衍射方向,集中了衍射光在重构像中的分布,增加了成像清晰度和光能有效利用率,提高了全息编码效率。     

散射光数字全息检测过程的统计光学讨论

从统计光学及标量衍射的基本理论出发,研究散射光数字全息重构波面与原散射波的关系,提出非平滑物体双曝光全息过程中散射光传播及干涉的简化模型.基于简化模型及计算机数值计算,对一个双曝光全息干涉系统转动形变的检测过程进行了理论模拟,并通过与该系统实验测量的比较,证实了简化模型的可行性.     

Reflection holographic lens having nonspherical wavefront designed by a microcomputer

A design of a reflection holographic lens with nonspherical wavefront is described, which is based on a ray-tracing program and a simple search algorithm suitable for a microcomputer. The optimized wavefront is encoded into a computer- generated hologram (CGH). The reflection holographic lens with the optimum wavefront produced by CGH reduces the rms spot radius at large field angles, and allows for a compact folded system and for Bragg diffraction into a single order. Experimental results are shown. Helpful data on the diffraction efficiency and the spectrally diffracted intensity of reflection holograms are presented.     

一种非旋转对称“花瓣形”相位板的检测系统设计

提出了利用计算全息图检测非旋转对称的“花瓣”形位相板.分析并推导了光线经过“花瓣”形相位板传播中的高阶像差的理论公式,并以此为指导进行了“花瓣形”相位板的检测系统的设计,给出了设计的结果.讨论了计算全息图衍射级次的分离以及计算全息图的二元化,给出了振幅型的计算全息图的图样.计算全息图的刻线最小间隔是20 μｍ,计算全息图的制作精度对检测结果的波前误差的影响仅仅为0.005λ.对检测系统作了详细的公差分析,结果表明所有调整公差对整个检测系统的影响和方根值为103.187 nm.     

基于最小二乘法的波面函数拟合

采用最小二乘法对特殊波面函数进行数据拟合,并得到通用性公式。为制作产生特殊波面的计算全息元件打下了数学基础。     

一种三次非旋转对称的相位板的检测系统设计

作为零位干涉检测方法中非常有前途的一种方法.计算全息可以用于非旋转对称的非球面的检测.以三次相位板为例,阐述了利用计算全息图检测非旋转对称的非球面的基本原理.分析并推导了三次相位传播过程引入的高阶波像差的理论公式,给出了三次相位板的检测系统的没计结果.详细讨论了计算全息图衍射级次的分离以及计算全息图的二元化,给出了振幅型的计算全息图的图样.计算全息图的刻线最小问隔是40μm,计算全息图的制作精度对检测结果的波前误差的影响仅仅为0.005λ.对检测系统作了详细的公差分析,结果表明所有调整公差对整个检测系统的影响和方根值为83.954 nm.     

一种新的纯位相型计算全息图及其应用

本文提出了一种新的制作纯位相型计算全息图的两孔编码方法并用实验加以证实.用本编码法制作的纯位相型计算全息图的特点是:(1)可记录、复现任意的复函数光场;(2)光场在全息图的光轴上再现,空间带宽积大,衍射效率高.     

Study on the Phase Detecting Laser Interferometric System with Computer Generated Hologram

ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＰｈａｓｅＤｅｔｅｃｔｉｎｇＬａｓｅｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ￥ＤＡＩＸｉａｏｆａｎｇ；ＣＨＥＮＸｉｎｇｗｕ；ＷＥＩＹａｏｌｉｎ；ＣＨＥＮＢｅｎｚｈｉ；Ｗ...     

Using computer-generated holograms to test cubic surface

Computer-generated holograms (CGH) have been widely used to evaluate symmetrical aspherical surfaces in combination with Fizeau interferometers. Because the CGH can create any wavefront shape, it can also be used in unsymmetrical aspherical surfaces testing. Taking the cubic surface as an example, this paper gives a thinking of testing unsymmetrical surfaces. First we deduce the expression of the aberration for the cubic phase when propagating and the CGH null lens design has been carried out while taking into consideration the higher order aberrations. The separation of the diffraction orders of the CGH is discussed. We fabricated the CGH using e-beam photography and tested a 13-mm diameter cubic surface.     

使用环形子孔径拼接检测大口径非球面镜

针对高精度大口径非球面镜通常存在定量检验方法(补偿器法、全息法、自准直法)所需要的辅助元件制造困难、成本高这两个主要难点,利用不同曲率半径的参考球面波前来匹配被测非球面表面不同的环带区域,使它们之间的偏离量减小到在小口径干涉仪的测量范围内,每次测量仅是被测表面的一部分,通过算法"拼接"可得到全孔径的面形信息。给出了其拼接数学模型、参量求解方法及其精度评定判据。仿真分析表明,该技术是切实可行的,算法具有较高的拼接精度。该方法无需辅助光学元件就可实现对大口径、大相对口径非球面的直接测量,且具有很宽的适用范围。     

Design of the Optimum Holographic Optical Element Lens Using the Hologram Computer-Aided Design Tool

A hologram CAD (computer-aided design) tool capable of designing holographic optical element (HOE) is described. We have been developing this tool which is specialized for holograms. An optimum HOE lens with high diffraction efficiency and diffraction limited imaging characteristics is designed with the tool by applying a computer generated hologram (CGH) which generates an aspherical wave. The imaging characteristics of the HOE lens are experimentally verified and desirable results are obtained.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.     

Image magnified lensless holographic projection by convergent spherical beam illumination

In liquid crystal spatial light modulator(SLM)-based holographic projection, the image is usually displayed at a distant projection screen through free space diffraction from a computer-generated hologram(CGH). Therefore,it allows for removing of the projection lens for the sake of system simplification and being aberration free, known as the "lensless holographic projection". However, the maximum size of the optical projected image is limited by the diffraction angle of the SLM. In this Letter, we present a method for the implementation of image magnification in a lensless holographic projection system by using convergent spherical wave illumination to the SLM.The complete complex amplitude of the image wavefront is reconstructed in a lensless optical filtering system from a phase-only CGH that is encoded by the off-axis double-phase method. The dimensions of the magnified image can break the limitation by the maximum diffraction angle of the SLM at a given projection distance.Optical experiment results with successful image magnification in the lensless holographic projection system are presented.