菲涅耳波带板无运动卷积全息术

提出了菲涅耳波带板(FZP)无运动卷积全息术.该技术使用均匀扩展光源，使得从光源不同位置发出的光在经过FZP编码孔径之后，在物体上形成多个菲涅耳波带板投影叠加.物体的全息图是FZP投影光强分布函数与物体的光强分布函数的卷积，无需机械运动便得到物体的扫描全息图.采用数字相关解码方法实现全息图的再现.用蒙特卡罗方法模拟了菲涅耳波带板入射光束在经过散射介质以后，其出射光强分布随散射介质厚度的变化规律.结果表明:当散射介质厚度为5 cm时，出射光束依然基本保持菲涅耳波带板形式的光强分布.对嵌埋在浓度为1%的Intralipid散射溶液中直径为0.4mm的金属丝进行成像实验，分别得到当散射介质厚度为1cm、3cm和5cm时的再现像，实验验证了菲涅耳波带板无运动卷积全息术用于高散射介质中物体成像的可行性.     

编码板照相干涉法

通常光学干涉仪是基于双(多)光束干涉原理,而全息干涉仪是基于两次曝光的全息图再现时的衍射干涉效应,都应用了光波干涉原理.它们的测量是以波长为尺度的,因此对于强变化位相体本身的位相变化是无能为力的.本文提出一种不同于位相相干的方法,即非相干光的编码板照相剪切干涉法.     

数值法研究光的圆孔衍射实验现象

在平行平面波近似的情况下,数值法求解菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,得到平行平面光波通过圆孔衍射后的光强分布图.通过对纵向及横向光强分布图的数值分析,验证了轴上点光强由菲涅耳数决定,菲涅耳数大于1时为菲涅耳衍射区,菲涅耳数小于1时为夫琅禾费衍射区.在近场,光强分布为明暗相间的环形条纹;在远场,光束演化成束腰位置在圆孔处的高斯光束,仿真结果与理论和实验结果基本一致.本仿真结果将光衍射的抽象理论直观化、可视化.     

菲涅耳型衍射光学元件的研究

本文在衍射理论基础上,深入分析了菲涅耳型衍射光学元件的特性,针对连续及二元浮雕结构,建立了位相深度因子(M),波长匹配系数(α)与衍射效率的关系式,对影响衍射效率的因素进行了讨论.研究了设计与工艺的匹配问题,建立了数值孔径,最小特征尺寸与衍射效率的关系,为不同波段衍射光学元件的应用,及设计和评价衍射光学元件提供了有效的理论方法.本文最后举例分析了用于白光波前传感器中的小数值孔径微透镜列阵的性能,并对衍射效率及传递函数两个综合指标进行了测量.     

菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通成像研究

提出了菲涅耳波带板(FZP)无运动卷积偏振选通全息术,该技术的原理与菲涅耳波带板扫描全息术相同,但在成像系统结构上作了重大改进,改进内容主要有两个方面:第一,使用扩展光源,用多个菲涅耳波带板在物体上的投影叠加形成卷积运算来取代机械扫描,克服了扫描造成的系统不稳定性和限制实际应用的耗时问题;第二,用CCD取代光电倍增管,使物体上所有的点都同时成像在CCD靶面上,达到实时采集整个全息图的目的。对线偏振光和圆偏振光经过散射介质脂肪乳剂(Intralipid)溶液后偏振度的变化规律进行了实验研究,研究表明,在米氏散射区,圆偏振光比线偏振光更容易保持偏振态。应用菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通成像系统,采用圆偏振光作为入射光,对嵌埋在浓度为1%、深度为2 cm的脂肪乳剂溶液中的金属丝(直径0.4 mm)进行了成像实验,结果表明,菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通全息术原理是可行的。     

全息显示技术讲座 第二讲——透射全息

<正> 1.菲涅耳型透射全息的一般问题透射全息在记录时,物光和参考光来自记录介质的一侧投射在记录介质上。拍照菲涅耳型全息图时,记录介质位在物光波的菲涅耳衍射区。参考光可以用平面光波、发散或会聚的球面光波。为讨论问题简单,用点物作代表推导全息图的空间频率、物象关系、放大率等。我们将点物的全息图称为基元全息图。图2.1是记录光路。物光和参考光的位相函数为     

狭缝宽度对双缝后光场分布的影响

双缝光叠加的内容是波动光学中的重要组成部分,其后场是单缝菲涅耳衍射与双缝干涉综合作用的结果,难以得到精确的解析表达。本文基于波动光学中的惠更斯-菲涅耳原理,通过Matlab数值计算获得了不同双缝之后的光场分布。结果表明狭缝的宽度对其后叠加光场分布的影响很大。对于不透光部分为5.0mm的等宽双缝,当缝宽与入射光波长数量级相同时,其后轴线附近的光场可近似为杨氏双缝干涉结果;当缝宽比入射光波长大1～2个数量级时,其后场可近似为单缝夫琅禾费衍射修正的杨氏双缝干涉结果;而当缝宽比入射光波长大3个数量级以上时,后场表现为明显的直线传播特性。只有在宽度适当的双缝之后才出现典型的光栅衍射图谱,而且两缝宽度之间的差异将使得反衬度γ降低,导致条纹模糊。     

应用反射型球面菲涅耳波带片的成像物镜设计

设计了一种应用球面菲涅耳波带反射面与非球面反射面结合的成像物镜。对球面结构的菲涅耳波带反射面进行分析,推导了球面菲涅耳波带反射面近似替代非球面的方法,采用单片球面菲涅耳波带反射面和三片非球面反射面设计成像物镜,在放大倍数100×、视场角120°、菲涅耳数2.5情况下,调制传递函数在放大成像侧可实现0.6 lp/mm的40%以上,畸变小于2.2%。该设计方法为菲涅耳波带片应用于可见光成像提供了参考,并随着菲涅耳器件加工技术的不断发展具有良好的应用前景。     

散射光干涉图样的一种计算方法

本文从波动光学出发,利用菲涅耳-基尔霍夫衍射公式研究了文献[1]中所描述的干涉现象,并导出了干涉图样的强度分布,得到了条纹极大值的位置,对干涉现象的物理图象作了说明。 关键词：     

基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密方法

提出了基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密新方法.加密过程中,首先将原始图像进行随机相位调制和不同距离的菲涅耳衍射;其次,将携带调制后图像的参考光与携带随机相位且具有不同立体角的参考光相干叠加,产生干涉条纹;最后,将不同方向的干涉条纹叠加形成复合加密图像.解密为加密的逆过程,将复合加密图像置于空间滤波和菲涅耳衍射系统中,经过不同相位密钥解调和正确距离的菲涅耳衍射完成解密,得到多幅解密图像.该方法可以同时对多幅图像进行高效的加密,计算简单、安全可靠、抗噪声能力强.利用相关系数评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性.     

基于矢量波像差理论的两反光学系统装调研究

 为了实现对两反光学系统的精密装调,提出一种基于矢量波像差理论和波像差检测技术对失调量精确求解的装调方法。使用矢量波像差理论,将已设计的两反光学系统参数、失调量和失调光学系统的波像差之间建立方程;然后通过干涉测量法得到某一个视场的干涉图,利用条纹分析软件得到表征失调系统三阶彗差和三阶像散的泽尼克项系数,将泽尼克项系数代入方程从而求解出失调量。运用此方法对4 m口径RITCHEY-CHR-TIEN结构的天文望远镜进行模拟装调,最终求解的失调量与引入的失调量结果相互吻合,说明该装调方法正确。     

Moiré alignment and positioning using a synthetic Fresnel zone plate

A new method for optical alignment and positioning is proposed. The actual position and shape of a spherical wavefront emerging from an optical system to be aligned are interferometrically encoded as “live” fringes similar to a Fresnel zone plate (FZP). Any in-plane misalignment and inaccurate positioning are detected in real-time as a unique moiré pattern by overlapping the “live” fringes and a synthetic interferometric FZP which is regarded as a reference grating. Experimental data are presented and future applications are suggested.     

离轴三镜系统计算机辅助装调方法研究

针对离轴三镜系统光学元件各调整变量之间的关系,提出了一种求解失调量的方法。从分析调整变量之间的关系入手,采用求条件数的方法来判断变量之间的相关程度,去除相关的变量,从而确定出系统的待调整量。计算机模拟表明,只需进行一次迭代求解出的系统待调整量即可满足装调精度要求,调整后整个系统波像差的均方根值(RMS)与理想状态之差小于0.02λ。这种方法是用所确定的调整变量的变化补偿其它相关变量的失调,不仅结果准确、收敛速度快,而且需要调整的自由变量少,大大缩短了装调周期。     

用于非球面检测的计算全息设计及其精度分析

介绍了用于非球面检测计算全息(Computer-generated hologram,CGH)的设计方法和步骤,对CGH位相分布求取、载频选取、CGH与干涉仪配合校准所涉及的关键问题展开了讨论,提出了一些全新的设计理念和方法。从理论上定量分析了CGH片基面型误差、全息图样偏差、刻蚀深度不均匀性和线宽不均匀性对再现波面的影响,得出了相应的误差公式指导计算全息元件加工环节的公差分配。给出了一个设计实例,检测不确定度达到λ/20。     

卡塞格林系统光学装调技术研究

介绍卡塞格林系统非球面主镜使用三坐标测量仪进行定心装调的方案。系统的主镜口径为300 mm,需要使用结构胶进行胶结固定,选用微应力粘接方法,将胶层粘接应力与热应力变形控制在极小的范围内。利用ZYGO干涉仪获得光学系统的波前信息,将测得的波相差转化为初级像差,根据光学系统失调量与像差的关系对卡塞格林系统进行计算机辅助装调。调试后,系统的RMS值达到0.10,分辨率达到1以内,检测结果表明:该系统的成像质量接近理论衍射分辨率,该方案可以实现快速定心,并且能够满足计算机辅助装调对定心精度的要求。     

投影物镜小比率模型的计算机辅助装调

针对小比率模型光学系统光学元件数量较多,无法用每个补偿量去补偿对应失调量的问题,提出利用计算机辅助装调方法,通过建立系统的灵敏度矩阵找出偏心失调量和倾斜失调量的内在联系来缩小补偿量的选择范围。根据失调量敏感度的分析,提出了只用4个补偿量补偿系统波像差的想法,并对所选补偿参量的补偿效果进行仿真,以此近一步验证想法的可行性。光学系统初装完成后,将实际测得的系统波像差以36项Fringe Zernike多项式的形式代入灵敏度矩阵,计算得到补偿参量的补偿值和移动方向,用驱动器实现像质补偿。实验结果表明：系统波像差（RMS）由50.864 nm提高到25.993 nm,优于技术指标要求,证明了所选的4个补偿量的正确性和有效性。     

基于矢量波像差理论的计算机辅助装调技术研究

在三阶矢量波像差理论的基础上,建立了系统内失调量与系统波像差Zernike系数的关系式,并以共轴三反射光学系统为数学模型进行了仿真分析.结果表明,基于矢量波像差理论的装调技术可行,并可用于大型光学系统的装调.利用该理论对一共轴非球面三反系统进行装调,最终使系统波像差RMS<0.080λ.     

Study on an automatic processing technique of the circle interference fringe for fine interferometry

The fringe center method (FCM) is an important digital processing technique of fringe patterns analysis for interferometry. In this paper, an improved automatic processing technique based on FCM was presented, which correlated the processing link and the looped feature of the circle fringe pattern. It also integrated several techniques including noise removal, the fringe thinning, the fringe patching, assignment of the fringe orders and wavefront reconstruction and can be executed orderly and automatically. Based on the new the algorithms of the fringe patching and assignment of the fringe orders, the fringe feature information was extracted automatically and the interference wavefront was reconstructed by Zernike polynomial fitting method. With the automatic processing technique, the circle interference fringe of the fine polished aluminum disks surface captured by the Twyman-Green interferometer was processed, and the surface profile and the parameters of the disk were obtained automatically. The experiments show that the improved automatic processing technique was more accurate and fast in measurement than the conventional one. It was convenient to use it in in-situ industry inspection.     

离轴非球面在细磨与粗抛阶段的波面再现技术

基于付科法的离轴非球面波面再现检测技术,通过对付科检测过程的数学分析,建立了离轴非球面波面再现的数学模型,提出了波面整合算法,通过对两幅阴影图灰度值积分、去倾斜及波面整合等数据处理再现出被检离轴非球面的波面误差.在被检离轴非球面两个方向的弥散斑分别为0.152mm和0.284mm时,干涉检测得到其面形误差峰谷值为1.110μm、均方根值为0.194μm,且两种检测方法的波面轮廓相一致.实验结果验证了基于付科法的离轴非球面再现技术的正确性,可以应用于指导离轴非球面在细磨粗抛阶段的加工并且实现与精抛光阶段干涉检测的有效衔接.     

A modified alignment method based on four-quadrant-grating moiré for proximity lithography

In this paper, we demonstrate a modified coarse-fine alignment scheme designed for proximity lithography. Both wafer alignment mark and mask alignment mark consists of linear grating arrays and “+” bar. Coarse alignment and fine alignment could work together to achieve the perfect alignment. Thereinto, coarse alignment, measured from two superposed “+” bars, guarantees the misalignment across wafer and mask within the measurement range of fine alignment, which is based on moiré fringes formed by the superposition of linear grating arrays. Then we conduct the experiments using a nanometer actuator to drive the wafer alignment mark meanwhile keeping the mask alignment mark motionless, which validates the feasibility and rationality of our designed scheme.