多焦距微透镜阵列光场成像火焰三维温度场测量

多焦距微透镜阵列可提高聚焦光场相机的深度分辨率。为了研究多焦距微透镜阵列对光场成像火焰三维温度场测量的影响,本文在火焰辐射光场成像模型的基础上,分析了单焦距微透镜阵列和多焦距微透镜阵列的火焰辐射光场成像特征,计算了两种不同微透镜阵列下的火焰辐射图像,根据火焰光场图像重建了火焰的三维温度场。开展了多焦距微透镜阵列聚焦光场相机火焰三维温度场重建的实验研究,并对数值计算和实验结果进行了分析。     

基于电湿效应的双液体透镜

介绍了一种新型的、基于电湿效应的双液体透镜的发展历史、结构原理,通过改变外加电压的大小以调节透镜的焦距,从而达到无机械运动变焦的目的.推导并分析了两种液体透镜模型的焦距与外加电压的关系.     

3 mm圆锥喇叭聚焦天线的理论与仿真

介绍了基于传统光路法的聚焦透镜的设计方法。利用电磁仿真软件计算了透镜置于圆锥喇叭口的3 mm聚焦透镜天线的性能。根据圆锥喇叭最大方向系数及现有文献公式确定喇叭张角,仿真得到天线聚焦性能不够理想。然后仿真了张角12,20,30三种天线聚焦性能,其焦距随张角增大而增大,逐渐接近所设计焦距。从而验证了光路法需电磁波长相对喇叭口径足够小的结论。给出了喇叭张角12,20,30三种天线焦平面上电场分布。喇叭张角30天线焦斑小于2倍波长。     

焦距递减的多聚焦人工复眼研究（英文）

为了满足轻量化、微型化和大视场的要求,提出了一种焦距递减的多聚焦人工复眼,子眼以同心圆排布,同一同心圆上的子眼具有相同的焦距,从内到外焦距递减.采用光刻胶回流法制作该曲面人工复眼,通过光刻胶的用量与掩膜的设计将每个子眼的焦距控制在一个特定的范围,从而使所有的子眼能在同一平面聚焦.为了防止微透镜图形的破坏,采用了负压成型技术,制作了聚二甲基硅氧烷腔室用以在注胶时排除异物与空气.透镜材料Norland81具有良好的光学性能,且曝光时间比Norland61要快3至5倍.利用ZEMAX建立复眼模型并进行了模拟仿真,光线追迹结果表明该模型即使在大视场下也能获得清晰像点.     

用非破坏法测量单透镜的折射率

本文介绍一种先测量单透镜的单色焦距f’、中心厚度d和曲率半径R,然后代入公式计算折射率的方法,并着重介绍了提高焦距测量精度的措施。     

透镜倾斜对焦距测量误差的影响

在测量透镜焦距的实验中,透镜倾斜是导致焦距测量误差的因素之一.由于透镜的倾斜导致测得的物距和像距不是真实的物距和像距,然后代入成像公式计算出的焦距值,必然严重偏离透镜的实际焦距值.文中推导出了透镜的焦距测量误差与物距及透镜的倾斜角二者之间的函数关系式,从理论上分析了焦距测量误差随物距和倾斜角的变化规律.结果表明:大物距情形比小物距情形的焦距测量误差要小,并且得到了实验验证.     

衍射光学透镜色散特性的仿真研究

在白光照射下,衍射光学透镜的焦距不仅同材料色散和波长色散有关,而且还同孔径因子有关。基于折射率随波长变化的经验公式,利用自编的仿真计算程序包,得到了透镜焦距、材料色散、波长色散、孔径因子之间的关系曲线。所获得的理论分析和仿真计算结果为进一步设计消色差的纯衍射目视光学系统提供了理论依据,具有一定的指导意义。     

电测法测量透镜焦距

传统测量透镜焦距的方法通过肉眼读数粗测,误差较大.电测法测量透镜焦距通过光电传感器将光信号转变成电信号,结合电阻率定义及欧姆定律推导出利用电信号直接计算透镜焦距的公式.该方法设计思路简单,操作方便,且能准确有效地测量透镜的焦距.     

基于平板电极的非球面组合液体透镜的仿真与实验分析

应用介电泳原理设计了一种基于平板电极的非球面组合液体透镜。该透镜主要由上下平行的4块氧化铟锡（ITO）导电平面玻璃板、腔体、介质层和疏水层组成,具有结构简单、易于实现的优点。利用COMSOL、MATLAB和Zemax软件,建立了基于平板电极的非球面组合液体透镜的光学模型,仿真分析了其在不同电压下的焦距变化,并讨论了平板电极的平行度对组合透镜焦距的影响。对该非球面组合透镜的器件制备与实验分析,结果表明：当工作电压由0增加到280 V时,焦距由28.7135 mm变化为20.1943 mm,与仿真结果基本相符;该器件的成像分辨率最高可达49.8244 lp/mm。     

大变焦范围电调谐液晶变焦透镜的研究

基于向列相液晶指向矢随施加电场作用发生变化的特性, 结合几何光学和液晶理论提出了一种液晶透镜结构模型, 研究了电极大小、隔垫物厚度等液晶透镜参数对液晶透镜焦距的影响. 通过优化参数, 得到结构简单、变焦范围较大的新型液晶透镜样品, 在驱动电压0 V_RMS–250 V_RMS下可调的焦距范围为75–230 mm, 达到155 mm.     

低压驱动高阻值层液晶透镜

针对传统电极驱动液晶透镜的电场分布在驱动电极边缘的问题,设计了一种高阻值层驱动电极来控制液晶分子偏转的低压驱动和焦距可调的液晶透镜.利用磁控溅射工艺在含镂空孔阵列的面状铝电极基板表面沉积一层掺铝氧化锌透明薄膜,形成高阻值层驱动电极;利用液晶盒成盒工艺将制备好的驱动电极基板和公共电极基板(氧化铟锡玻璃基板)组装成液晶透镜,研究掺铝氧化锌高阻值层、驱动电压、工作频率对液晶透镜光学性能的影响.实验结果表明,对比传统电极驱动液晶透镜,高阻值层电极驱动液晶透镜在驱动电压2.2Vrms和工作频率130kHz下获得的干涉圆环均匀,聚焦光斑小.同时,在驱动电压1.8～2.8Vrms和工作频率130kHz下所制备的液晶透镜焦距可调范围为4.27～2.88mm.     

多聚焦极栅控电子模拟源的研究

采用电子光学软件设计模拟了一种长焦距多聚焦级的电子枪结构.利用电子透镜原理分析多聚焦极电子枪的电子束斑产生,依据不同栅控电压,分析零场模式、拒斥场模式和肖特基场模式3种阴极电子发射方式下电子聚焦情况.模拟结果表明:拒斥场模式和肖特基场模式对电子束流密度分别有减弱和增强的作用;当聚焦极电压比U1∶U2∶U3∶U4∶U5=5∶8∶15∶70∶100时,能量为30keV的电子束焦斑最小,在10m处焦斑大小为160mm.     

空气中飞秒激光自聚焦等离子体通道的电导特性

 通过电学探测法，采用不同焦距的聚焦透镜，在不同激光能量、不同极性外加电压的条件下，对大气中的飞秒激光自聚焦等离子体电离通道特性进行了实验研究。发现激光脉冲经不同焦距的聚焦透镜作用后均存在较长的电离通道，通道的等效电阻率有所变化，通常电阻率的最大值出现在透镜的几何焦点附近，并且焦距越长，此电阻率的局部峰值点离几何焦点位置越近。在外加不同极性电压时，自由电子受到所加静电场作用力、洛仑兹力以及有质动力的共同作用。焦点前，通道电流变化不明显，加正向电压产生的电流略微大于加负向电压时的电流；焦点后则是加负向电压产生的电流大于加正向电压时的电流。     

采用聚焦空心光束的原子透镜

本文提出了一种采用2π位相板产生聚焦空心光束的新方法.由于位相板对光束具有位相调制作用,这将导致输出光束中心的完全相消干涉效应,使得输出光束的轴向强度为零,从而在位相板和透镜后方产生一束聚焦的空心光束.理论计算表明,我们可以通过调节薄透镜的焦距f和入射准直高斯光束的束腰w0大小,在焦平面上产生一个极小的暗斑尺寸(DSS),用于形成分辨率很高的原子透镜.我们的研究发现在焦平面上,聚焦中空光束的DSS越小,光学势越大,对应的最佳失谐量δ也越大,越有利于原子透镜分辨率的提高.因为这不仅有利于得到高分辨率的原子透镜,而且还可有效地减少聚焦中空光束中原子的自发辐射和光子散射效应.此外,我们还考虑了各项象差对聚焦原子束分辨率的影响.研究发现聚焦原子束的焦距有一最小值f=3.88 m,构成的原子透镜分辨率大约为0.6 nm.显然,这一原子透镜在高分辨率原子光刻等方面有着潜在的应用前景.     

连续变焦的聚合物分散液晶电控透镜

介绍了一种基于聚合物分散液晶材料的连续调焦电控透镜.在聚合物分散液晶盒的上表面电极上刻蚀圆孔,形成一个非对称电极,在液晶盒上下极板之间,诱发一个非均匀电场,从而引起聚合物分散液晶材料的折射率非均匀分布,形成电控变焦透镜.阐述了聚合物分散液晶可调焦透镜的基本原理,分析了透镜孔径对聚合物分散液晶透镜焦距的影响,在直径3mm和6mm的圆孔条件下,分别测量了透镜焦距随电压的变化关系.结果表明:电压从50V加到170V的过程中,透镜焦距逐渐减短,刻蚀3mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.361 63m到0.429 21m,刻蚀6mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.769 92m到0.548 43m.     

基于Pancharatnam-Berry相位和动力学相位调控纵向光子自旋霍尔效应

提出了一种基于Pancharatnam-Berry相位和动力学相位操控纵向光子自旋霍尔效应的方法.理论分析表明:当光场通过一个由Pancharatnam-Berry相位透镜和动力学相位透镜构成的透镜组时,透镜组会存在两个自旋相关的焦点.首先,当左旋和右旋圆偏振光通过微结构相位延迟为π的Pancharatnam-Berry相位透镜时,由于Pancharatnam-Berry相位的自旋相关性,两个圆偏振分量会获得符号相反的Pancharatnam-Berry相位而导致其中一个被聚焦而另一个发散.然后,在Pancharatnam-Berry相位透镜后再插入普通透镜引入动力学相位调制,由于动力学相位是自旋无关,使得这一透镜组,可以在合适的条件下使不同自旋态的光子分别聚焦于纵向上不同焦点处.纵向自旋分裂由两透镜焦距及间距共同决定,因此可以通过改变两个透镜的焦距及其间距获得任意的纵向自旋分裂值.最后,搭建了一套实验装置,所得实验结果与理论结果一致.     

基于PSD的单透镜激光三角测头设计

在传统直射式激光三角测距方法的基础上,设计了一种基于位置敏感探测器的单透镜激光三角测头.引入一枚分束镜,将聚焦透镜和成像透镜合并为一枚.在空间布局上,令分束镜、探测器、聚光透镜三者共轴,使系统的结构更加紧凑,并推导了满足该结构的Scheimpflug条件.利用Zemax光学设计软件仿真光学系统,系统焦距20mm,入瞳直径4mm,总长20.5mm,可实现测量系统的小型化.同时,对位置敏感探测器进行非线性校正以及相关信号处理,保证在较高测量精度的前提下获得更大的工作范围,并提高系统对测量环境适应性,可广泛应用于工业实时在线检测等领域.     

大焦深离轴超透镜的设计与制作

基于单层超表面结构,设计并制作了一种具有大焦深的离轴超透镜.利用相位叠加的设计方法,将偏转与聚焦这两个功能合二为一以实现离轴聚焦,并通过优化入射孔径和离轴偏转角来增大焦深.实验结果表明:当入射电磁波的频率为9 GHz时,离轴偏转角为27.5°,焦距为335.4 mm,这与30°和350 mm的预设值比较符合.在8,9和10 GHz三个频率下的焦深分别为263.2,278.5和298.2 mm,分别对应波长的7.02倍、8.36倍和9.98倍.该离轴超透镜结构简单,具有良好的离轴聚焦能力和较大的焦深,这在小型化、平面化的大焦深成像系统以及离轴光学系统中具有潜在的应用前景.     

柔性液晶微透镜阵列的制备与性能研究

针对集成成像视场角狭小的问题,设计并制备了一种柔性圆孔驱动电极控制液晶分子偏转的可弯曲和焦距可调的柔性液晶微透镜阵列。利用光刻技术在柔性ITO基板表面刻蚀并形成规则的圆孔阵列电极,旋涂工艺制备柔性聚酰亚胺(PI)膜层,PI膜层经60℃加热5 min后,再利用等离子体在功率630 W条件下处理5 min固化成PI取向层。利用液晶盒成盒工艺将上、下基板组装成液晶透镜,研究未弯曲和弯曲曲率半径7.5 cm条件下液晶微透镜阵列的光学性能。实验结果表明,所制备的液晶透镜在未弯曲和曲率半径为7.5 cm的情况下均可实现聚焦功能,且液晶微透镜阵列的干涉圆环均匀,聚焦光斑小。在驱动电压3~5.3 Vrms下,弯曲曲率半径为7.5 cm的液晶微透镜阵列焦距可调的范围为0.43~1.05 mm。     

全息透镜的焦距测量

本文首先给出了全息透镜像散成像的焦距公式,介绍了用全息光栅法测量全息透镜焦距的原理,对两块自制的全息透镜在原光路再现情况下测量了其焦距,并用另一种参数测量方法对测量结果进行了验证,两者基本相符。通过分别测量全息透镜两个焦距,从而可得出其像散大小。最后指出了使用这种方法应注意的问题。