CaF2衍射光学元件的金刚石车削工艺优化

为了提高单点金刚石车削CaF2衍射光学元件(DOE)的表面质量和衍射效率,首先基于Beckman标量散射理论和有效面积法,建立了表面粗糙度误差和表面轮廓误差对衍射效率影响的数学模型.然后,结合CaF2的车削特性和DOE的结构特点,优化了CaF2 DOE的车削模型.同时,给出了不同工艺条件下半圆金刚石刀具的最佳车削位置和最优刀具半径,实现了对CaF2 DOE表面粗糙度的控制.最后,在该优化模型的指导下,获得了表面粗糙度为3.4 nm、阴影区域宽度为28.7μm的高表面质量的CaF2 DOE,验证了所提优化车削模型的可靠性.所提车削模型对提高包含CaF2 DOE折-衍混合光学系统的成像质量具有重要意义.     

一种适用于多波长的衍射元件设计方法

传统的衍射光学元件(DOE)设计方法只适用于单个波长,但在全息投影显示、彩色图像生成等领域中往往需要多个DOE,系统较为复杂,很大地限制其应用范围。提出了一种新的DOE设计方法,利用该方法设计所得的单个DOE可以在多个波长的入射光下实现特定光场的输出。针对每个输入波长分别设计对应的DOE,以最长波长的DOE高度作为初始高度,结合加工工艺限制对该高度进行优化,使得每个入射波长对应的单波长DOE高度分布和多波长DOE高度分布之间的等效误差总和最小。利用该方法设计了用于彩色图像生成的DOE,分析了相关参数的取值范围对衍射效率和均方根误差的影响,并在最佳取值范围内进行了相应的数值仿真,仿真结果证明了该方法的可行性。     

4π聚焦系统中衍射光学元件对聚焦场多光球结构的影响

主要研究了调制入射光场的衍射光学元件(DOE)对聚焦场的影响.以贝塞尔高斯光束为例,利用Richards-Wolf矢量衍射积分理论,分析几种不同DOE结构调制的径向偏振光束的4 π聚焦场.数值模拟结果表明径向偏振光束经DOE调制后的4π聚焦,在焦平面附近形成了具有潜在应用价值的多光球结构,并且发现形成的光球的个数与DOE的环数有关,而DOE的透射函数对其影响较小,且所形成光球的个数会随着DOE结构环数的增加而增加.     

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。     

投影光刻离轴照明用衍射光学元件的矢量分析

使用衍射光学元件(DOE)作为投影光刻照明系统实现离轴照明(OAI)的光束整形匀光器件,能够在保持较高照明效率的基础上精确控制OAI光束的形状及光强分布.在矢量角谱传输方法的基础上,建立了投影光刻用DOE的矢量分析模型,并对标量方法设计的DOE在偏振照明情况下的匀光与整形性能进行了分析.分析结果表明DOE在大角度衍射、...     

A single diffractive optical element implementing spectrum-splitting and beam-concentration functions simultaneously with high diffraction efficiency

In this paper,a novel method is proposed and employed to design a single diffractive optical element(DOE) for implementing spectrum-splitting and beam-concentration(SSBC) functions simultaneously.We develop an optimization algorithm,through which the SSBC DOE can be optimized within an arbitrary thickness range according to the limitations of modern photolithography technology.Theoretical simulation results reveal that the designed SSBC DOE has a high optical focusing efficiency.It is expected that the designed SSBC DOE should have practical applications in high-efficiency solar cell systems.     

基于配对误差补偿方法的拼接光栅压缩池理论研究

利用傅里叶光学方法，研究了一个基于配对误差补偿方法的单程拼接光栅压缩池系统，得到远场时域关于系统拼接误差的积分表达式，揭示了配对误差补偿方案下系统的群延迟、脉冲前沿倾斜、剩余啁啾效应对叠加后远场时域的影响规律.数值模拟表明：随着带宽增加，配对补偿法将导致脉冲远场时域展宽；对一个利用配对误差补偿的单程拼接光栅压缩池系统进行计算，得到该方案下各种拼接误差的容限；同时考虑所有误差的情况下得到系统的允许带宽曲线. 关键词： 拼接光栅压缩池 配对补偿 相干叠加 远场     

衍射光学元件设计方法综述

衍射光学元件（DOE）因其轻型化、小型化和多功能化等特点,在现代光学系统中得到了越来越广泛的应用。针对不同应用场景下DOE的性能需求,研究人员需要灵活运用DOE的设计方法进行设计。通过回顾DOE设计的基本原理简述了现有基于衍射原理和干涉原理的DOE设计方法,通过几种典型应用中的最新进展阐述了具体的DOE设计方法及其适用性,并对DOE设计中的难点及其在未来科技中的可能应用方向进行了展望。     

Design optimization of highly efficient spectrum-splitting and beam-concentrating diffractive optical element for lateral multijunction solar cells

Two improved algorithms are proposed to extend a diffractive optical element （DOE） to work under the broad spec- trum of sunlight. An optimum design has been found for the DOE, with a weighted average optical efficiency of about 6.8% better than that of the previous design. The optimization of designing high optical efficiency DOEs will pave the way for future designs of high-efficiency, low-cost lateral multijunction solar cells based on such a DOE.     

激光束低频位相误差叠加规律研究

 用随机位相屏模拟光学元件产生的低频位相误差，并用RMS位相梯度对低频位相误差进行统计量化，通过对激光束传输过程进行模拟，对低频位相误差的叠加规律有了新发现，并对位相误差叠加规律进行了修改，为位相校正提供了理论上的依据；通过对光束聚焦过程进行研究，得到了低频位相误差影响光束焦斑尺寸的初步规律；并在此基础上提出了一种光束质量控制的新方法。     

Simulation of BEPCⅡ′s BPM

Considering the effect of photoelectron, BEPCⅡ′s beam position monitor (BPM) uses antechamber structure. The cut-off frequency of TE mode is maybe lower than the BPM signal processing frequency 500MHz. The power of TE mode will result in beam position measurement error. With monitoring the antechamber's TE mode power amplitude and calculating the transmission of TE mode power to BPM's electrodes, we can calculate the error of position measurement caused by TE mode. We found that the error is beyond the acceptance when the cut-off frequency of TE₁₀ mode is lower than 500MHz. By changing the slot length, the cut-off frequency is higher than 500MHz and the error could be accepted. At last the effect of the wakefield to the beam has been simulated and the longitudinal impedance of wakefield has been calculated.     

利用光测影像测量飞行目标姿态方法的误差分析

针对一种利用光测图像获取飞行目标空中姿态的方法,建立数学模型,并基于该模型,深入研究了目标姿态角的测量误差问题.结论：像面直线的截距提取误差对交会结果影响很小,倾角提取误差影响较大；两交会平面之间夹角过小将大大降低交会结果的可靠程度,实际测量时必须保证交会角足够大.考虑了该方法使用中的一些细节,为该方法的具体实现提供了依据.     

高速扫描相机时间测量不确定度分析

以国内普遍使用的SJZ-30型高速扫描相机为例,用精测转速方法的结果处理数据,转速测量相对合成不确定度小于0.1%,时间间隔测量的相对扩展不确定度为0.2%.扫描速度在像面上的位置误差,采用"中值扫描速度",可予以校正.同时讨论了进一步降低转速测量不确定度和位置误差的方法.     

理想光子探测器背景探测极限理论的误差分析

对于受背景噪声限制的理想光子探测器，利用普朗克分布函数进行推导，得到了较为精确的比探测率公式，并与传统的近似公式对比，进行了误差分析.结果表明：传统的近似公式误差量很小，一般情况下总是可用的.     

基于Liao氏吸收边界条件的四阶FDTD算法

建立了在空间上用四阶差分的时域有限差分法的 Liao氏吸收边界,证明了四阶差分具有比二阶差分更小的数值色散.空间上用四阶差分的时域差分法将有助于人们对尺寸较大的物体如光纤等光波导的数值分析.     

刻线误差与面型误差对平面光栅光谱性能影响的二维快速傅里叶变换分析方法

光栅刻线误差与基底面型误差影响平面光栅衍射波前、分辨本领、鬼线、卫线及杂散光等光谱性能,研究光栅性能指标与光栅刻线误差及基底加工误差之间的因果关系,对提高光栅质量极为重要。根据光栅衍射中产生的源于刻线误差与面型误差的光程差,推导出了在光栅锥面衍射情况下的光栅刻线误差、基底面型误差、入射角θ、衍射级次m与衍射波前关系的数学表达式,得到构建非理想光栅衍射波前的理论模型。以理论模型为依据,采用干涉仪测量光栅对称级次衍射波前,实现在测量结果中对光栅刻线误差与基底面型误差的分离,并基于二维快速傅里叶变换分析光栅衍射波前,考察了刻线误差与面型误差对光栅性能指标的影响。借助此方法通过重构的光栅衍射波前,分析光栅分辨本领、鬼线等光谱性能,还可以反演光栅全表面刻线误差与面型误差的大小,为光栅基底加工、光栅制造和使用技术提供理论依据。     

离子束蚀刻微透镜中蚀刻深度允许误差的研究

基于衍射光学原理,获得了微透镜的衍射效率与蚀刻深度误差之间的关系式。研究表明,离子束蚀刻中目前采用的时间控制法可满足Ｌ＝１时的微透镜微加工要求,但未能满足Ｌ＞１时的微透镜微加工要求。对Ｌ＞１的情形,需要提高蚀刻深度控制精度以使蚀刻深度的误差小于８７ｎｍ。     

多调制方式下的强度叠加编码多发多收大气光通信系统性能分析

对开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)下强度叠加编码多发多收(MIMO)光通信系统的性能进行了比较分析。研究表明:随着调制阶数的提高,后三种调制在平均发射功率需求方面较OOK调制有很大优势,但是相应的传输容量却有所下降。在差错性能方面,OOK调制在接收功率较低时误包率相对其它三种调制要小,当接收功率提高到一定程度时,PPM,DPPM和DPIM调制相对OOK调制均体现出了3～10dB的误包率优势。     

用于相机标定的球靶标投影误差分析与校正

由于球体具有轮廓连续性好等优点,在摄像机标定,尤其是多相机标定方面获得了广泛的应用。利用球作为标定靶标可以弥补平面靶标在多相机标定中出现视角过大时畸变太大甚至于观测不到的不足,但是空间球经透视投影后成像一般并非标准圆,而是一个椭圆。椭圆几何中心与球心真实成像中心并不一致,从而影响了标定精度。造成球心成像误差的因素主要有两个,即球的相对大小及相对于相机的位置。通过分析空间球成像模型,仿真研究了各因素对球心成像误差影响的大小,寻找球心的透视投影像点与其成像椭圆几何中心之间的误差变化规律,并建立了两者之间的误差校正模型,最后通过实验验证了该校正模型的可行性和有效性。通过校正,球心投影像点定位精度可达到亚像素级。     

分体插接式光纤光栅应变片设计与实现

提出一种适合作为二次变换元件使用的通用型应变传感预制结构——光纤光栅应变片.它以裸Bragg光栅为研究对象,采用分体式设计方法把敏感光栅与连接光纤分别封装于独立的基体中,并通过两个基体相互之间的插入实现了Bragg光栅与测量光路的机械连接.理论分析和实验研究表明:光纤光栅应变片具有与Bragg光栅相同的反射谱,其测量线性度好,灵敏度高,温度误差则随被测试件性质不同而变化,当试件材料与基底材料一致时,温度误差可以忽略.