基于Tracepro的微棱镜反光膜正入射无效光分析

为了提高反光膜的逆反射率,对正入射时微棱镜反光膜的无效光特性进行了研究.利用几何光学原理对单个角锥的无效光出射方式进行了分析,得到了单个角锥无效光的出射特性.在单个角锥的基础上,进一步分析了角锥阵列中无效光的传播特性,发现部分无效光能完成逆反射.分析了无效光在角锥阵列中的反射机理及无效光反射率随角锥阵列底厚变化的规律,利用Tracepro软件进行了仿真验证,得到单一无效区逆反射率变化曲线及小阵列逆反射率变化曲线.仿真结果证明了分析的正确性及底厚对无效光的重要影响,并给出了合理设计角锥棱镜阵列形状及底厚的建议,为提高微棱镜逆反射率、合理设计角锥棱镜底厚提供了理论依据.     

立方角锥结构逆反射光强的数值计算

针对反射光相对强度在回归反射系数估算及逆反射材料设计中的重要作用,基于光线追踪原理跟踪计算光在立方角锥结构中的传输过程及反射、折射时光传输方向、光矢量偏振化方向及光能量损失,编写不同入射角、方位角及偏振状态下逆反射光强的数值计算程序。以聚碳酸酯材料为实例计算自然光照射下逆反射相对光强分布。结果表明,逆反射光强受光的入射方向影响显著。若入射角在小于25.5°的范围内,反射光相对光强较大且近似保持为0.899的定值。超过上述范围时,反射光强单调减小,且显著受方位角的影响。     

微棱镜反光膜非平面状态下微结构几何结构改变对反光特性的影响

为研究反光膜弯曲状态下的反光特性变化规律,基于体积不变原理建立弯曲角锥棱镜反射面二面角与弯曲角度之间的映射关系;利用光反射理论分析单个弯曲角锥棱镜与弯曲反光膜的反光特性,得出单个弯曲角锥棱镜出射光线轴对称分布规律和弯曲反光膜最大理论有效弯曲角为70.52°;最后采用光线追踪软件对单个弯曲角锥棱镜和弯曲反光膜仿真。结果表明:光线正入射单个弯曲角锥棱镜及弯曲反光膜的衍射图样为轴对称分布;弯曲反光膜的最大有效弯曲角随着弯曲角度的增加而减小,降幅0.7%,其值与理论值偏差较小;弯曲角度大于20°时,凸状反光膜的反射率较凹状反光膜增大20%。同时,实验测量结果证明了理论分析的正确性。     

光源光谱对标志逆反射系数的影响

以光源发射光谱和逆反射材料光谱反射率曲线为基础,通过数据拟合的方式研究了多种光源照射条件下材料逆反射系数的相对关系及其变化趋势。在已有标准A光源测试系统基础上,分别测试氙灯、卤素灯、不同色温白光LED光源发射光谱和红、黄、白、绿、蓝五种逆反射材料的光谱反射率曲线,并通过拟合计算得到同一材料在不同光源照射条件下的相对逆反射系数修正因子。分析结果表明,在可见光范围内具有连续光谱反射率曲线分布的白色材料逆反射系数数值受入射光源光谱变化较小,而单色材料逆反射系数受入射光源光谱差异影响较大,且呈现不同的变化趋势：以卤素光源入射条件下材料逆反射系数测试结果为基础值,不同色温的白光LED、氙灯光源对红色和黄色材料逆反射系数具有正增益效果,且随着光源色温的升高,红色和黄色材料逆反射系数呈下降趋势,降幅最高分别达到47.7%和4.9%;绿色和蓝色材料逆反射系数呈上升趋势,涨幅最高达到16.5%和28.9%。     

角锥棱镜的远场衍射特性

角锥棱镜具有空间反射特性，广泛用作激光测距的合作目标，不同的使用情况有不同的精度要求，对用于远距离测距的角锥棱镜其远场衍射特性将直接影响测距效果。通过对角锥棱镜角度误差和面形误差的分析，建立了具有角度误差和面形误差的角锥棱镜的出射波面的波差分布，并按照光波的衍射原理计算具有误差的角锥棱镜的远场衍射图。通过衍射图可以看出出射光束的发散程度随着角度误差的增加而增加，直至完全分离成六束光束。同时，面形误差的增加将导致衍射图的急剧恶化，使出射光束的质量明显降低。角锥棱镜的衍射特性对角锥棱镜的设计和评价具有指导意义。     

角锥棱镜的斜入射远场衍射图样

角锥棱镜是激光反射器的主要光学组件,在合作目标卫星激光测距中发挥着关键作用.精确计算角锥棱镜的远场衍射图样是估算激光测距回波能量的必要过程.本文基于角锥棱镜的反射原理,分析了不同激光入射方向对反射器有效反射面积的影响,提出了一种适用范围更广的有效反射面积计算方法,同时分析了激光入射方向对角锥棱镜光学反射率的影响.在此基础上,应用光学标量衍射理论建立了远场衍射图样算法,分别对多种激光入射方向的镀金属(银)膜和无镀膜角锥棱镜进行了远场衍射图样仿真计算,得到了两类角锥棱镜的远场衍射图样分布随入射方向变化的规律.搭建了角锥棱镜远场衍射图样测试系统,通过实测结果与仿真计算的对比分析,验证了仿真计算的准确性.     

微角锥阵列衍射成像数值分析

对微角锥阵列定向反射器的特性进行了理论研究和实验模拟。详细分析了光线经过角锥反射后经历的光程。研究了三角形微角锥阵列和六边形微角锥阵列这两种结构的衍射特性,讨论了角锥深度对角锥阵列回射成像质量的影响,给出了不同参数下的模拟结果。所得结果为微角锥阵列的设计以及在三维显示中的应用提供了理论基础。     

切削微角锥棱镜型超高定向反射膜的分析与测试

采用几何光学法对切削微角锥棱镜薄膜结构单元的反射特性进行理论分析,采用光学仿真软件对该结构单元的反光性能进行模拟验证,并与传统微角锥棱镜薄膜结构单元进行对照.结果表明,理论中,当平行光垂直于结构底面入射并忽略吸收时,该切削结构薄膜单元可实现完全定向反射,而相同条件下,传统微角锥棱镜结构薄膜单元定向反射率为66.7%.模拟仿真的定向反射率分别是92.3%和62.4%.建立了薄膜定向反射率测量方法,对具有上述两种结构单元的薄膜样品的定向反射率进行测试,测试结果分别为67.8%和39.5%.     

微正方形角锥棱镜定向反射特性

对微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的特性进行了理论研究和模拟。证明了其定向反射特性 ,并利用几何光学方法解决了全反射条件对入射孔径角的限制 ,以及单元有效反射面积对定向反射率的影响问题 ,同时也给出了阵列器件表面反射对定向反射率的影响。为了便于比较 ,也给出了微三角形角锥棱镜阵列定向反射器的单元反射面积。所得结果为微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的制作提供了理论依据。     

微正方形解锥棱镜定向反射特性

对微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的特性进行了理论研究和模拟。证明耻其定向反射特性,并利用几何光学方法解决了全反射条件对入射孔径角的限制,以及单元有效反射面积对定向反射率的影响问题,同时也给出了阵列器件表面反射对定向反射率的影响。为了便于比较,也给出了微三角形角锥棱镜阵列宇向反射器的单元反射面积。所得结果为微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的制作提供了理论依据。     

利用平凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束发散的方法

角锥棱镜常被用作光电测距和光电跟踪的合作信标。在一些特殊应用场合中,要求被角锥棱镜反射的光束具有一定的发散角,以实现对远场不同位置处激光器和探测器的全覆盖。标准角锥棱镜不具备对光束发散的功能,但是可以利用角锥棱镜中光束出射点与入射点不同的特性,在标准角锥棱镜前加装平凹透镜来实现对反射光束的发散。采用理论分析方法和几何光学追迹模拟方法分析了利用平凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束发散的可行性,同时研究了反射光束发散半角与入射光束参数和平凹透镜几何参数的定量关系。理论和模拟结果都表明,当入射光束半径小于平凹透镜半径时,反射光束的发散半角随入射光束半径准线性增加;平凹透镜曲率半径越小,反射光束发散半角越大。     

热光效应下的全内反射光束展宽规律以及应用

以热光型器件的热学模型和温度场解析表达式为基础,运用射线法．通过计算位于芯区不同子午面内的光线反射轨迹,对热光效应下光束经全内反射后展宽的原因和规律进行了分析,并且给出了具体光束展宽值的理论计算方法;设计了高反射率的全内反射型有机聚合物热光开关。在设计中应用所提出的规律,理论上计算出了具体的展宽波导宽度、芯区的掩埋深度、扩大的反射区宽度等结构参量。软件的模拟结果表明,该结构在反射态和直通态时的效率分别为82．6％和811．4％,串扰均大于30dB,并且对这些结构参量的模拟优化结果与理论计算结果基本一致。     

基于定向照明及逆反射技术的太阳光干扰抑制方法研究

在基于计算机视觉的测量系统中,为避免太阳光照射对人工标志中心定位造成的影响,采用在公共交通中广泛使用的逆反射材料构造反射标志,并配合单色光主动照明和窄带滤光技术来提高目标物与背景之间的对比度.在对市面上多种逆反射材料进行研究的基础上,选取了其中性能较为优良的3M钻石膜来搭建简易单点测试平台,用于验证方案的可行性.实验证...     

立方角锥棱镜的有效反射区

定义了立方角锥棱镜的有效反射区 ,证明了立方角锥棱镜底面角部区域 (即非有效反射区 )入射光与出射光不平行 ,并且在入射光垂直棱镜底面入射情况下计算得有效反射区的面积为底面的三分之二。     

50°视场角投影式头盔光学系统设计及逆反射屏研究

设计了一款适于医疗培训用投影式头盔物镜系统，出瞳直径8 mm，视场50°，能够满足对角0.9英寸微显示器对超高分辨SXGA模式的显示要求.其结构紧凑，口径10 mm，长度12 mm，重量仅有5 g.本物镜系统场曲仅0.35 D，畸变仅0.64%.为考察本投影式头盔系统的成像特性，研究了不同“逆反射材料”的特性.实验得到高强级逆反射材料在±40°视场范围内反射光强无明显变化，适合做为投影屏幕材料.定量分析了逆反射屏放置位置对成像的影响.     

利用含二面角误差的角锥棱镜阵列实现反射光束均匀发散的方法

角锥棱镜常应用于光电跟踪、卫星通信、干涉仪等领域.在一些特殊应用场合中,要求经角锥棱镜反射的光束具有一定的发散角,以实现对距离激光器较远位置处探测器的覆盖.由于标准角锥棱镜不具备对光束发散的功能,本文利用含二面角误差的角锥棱镜对反射光束的不均匀发散特性,提出利用角锥棱镜阵列实现对反射光束均匀发散的方法和设计原则.采用衍射光学理论分析了所提方法及其设计原则的可行性,并依此设计了一个发散半角为0.5 mrad的角锥棱镜阵列.分析了光束参数、结构参数对反射光束远场衍射特性的影响,结果表明,入射光斑强度分布对反射光束发散半角没有影响,当角锥阵列满足点光源条件时,传输距离对反射光斑的角向均匀性没有影响;当阵元数超过一定值时,均匀性不再显著变化,但反射光斑的强度将进一步增加.在工程应用中,角锥棱镜阵列安装方位角误差对反射特性影响不显著,但角锥棱镜二面角的加工精度对反射特性影响较大,可通过进一步增加阵元数加以解决.     

立方型Ti-B-N的光学性质的计算

立方型TiBN材料的光学性质对于深刻理解TiBN薄膜材料的光学性质,以及监测和控制TiBN薄膜材料的生长过程起着重要作用。使用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法计算了立方型TiBN的电子结构和光学性质,给出了电子态密度、介电常数、吸收系数、反射力、折射系数、消光系数等计算结果,并对计算结果作了分析。态密度图显示,存在源于B的2p态的态密度峰,分析认为这对立方型TiBN的光学吸收造成了明显影响。同时还计算了立方型TiBN的色度坐标,并根据计算结果对工艺参量与TiBN薄膜材料色度坐标之间的联系作出了分析。     

4.48 nm正入射软X射线激光用Cr/C多层膜高反射镜的研制

针对4.48nm类镍钽软X射线激光及其应用实验,设计制备了工作于这一波长的近正入射多层膜高反射镜。选择Cr/C为制备4.48nm高反射多层膜的材料对,通过优化设计,确定了多层膜的周期、周期数以及两种材料的厚度比。模拟了多层膜非理想界面对高反射多层膜性能的影响。采用直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上实现了200周期Cr/C多层膜高反射镜的制备。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国BessyⅡ同步辐射上测量了在工作波长处多层膜反射率,测量的峰值反射率达7.5%。对衍射仪测量的掠入射反射曲线和同步辐射测量的反射率曲线分别进行拟合,得到的粗糙度和厚度比的结果相近。测试结果表明,所制备的Cr/C多层膜样品结构良好,在指定工作波长处有较高的反射峰,达到了设计要求。     

HL-2M 装置CO2 色散干涉仪的金属角锥反射镜特性研究

针对金属角锥反射镜的加工装配误差对传输光路的影响,研究了金属角锥反射镜二面角误差与反射光束的关系。详细分析了金属角锥反射镜表面面型及形态对反射特性的影响,并对不同角锥反射镜各个区域的反射率进行测量对比,对金属角锥反射镜的偏振特性也进行分析。研究结果表明,应用于HL-2M 装置CO₂ 色散干涉仪中金属角锥反射镜的表面面形加工精度应在0.3μm 之内,二面角的装调误差宜为正公差且控制在30'内,且表面镀膜的膜层牢固不易脱落。     

立方氮化硼薄膜的光学带隙

用射频溅射法在p型Si(100)衬底上沉积立方氮化硼(c-BN)薄膜,薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识,用紫外-可见分光光度计测量了c-BN薄膜的反射光谱,利用K-K(Kramers-Kroning)关系从反射谱计算出c-BN薄膜的光吸收系数,进而确定c-BN薄膜的光学带隙.对于立方相含量为55.4%的c-BN薄膜,光学带隙为5.38eV. 关键词： 立方氮化硼薄膜 光学带隙 K-K关系