采用衍射掩模产生白光横向平顶光束

白光横向平顶光束在定向背光式自由立体显示器中有重要应用.本文提出一种采用带蝶形小孔阵列的衍射掩模片获得白光横向平顶光束的方法.根据广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和多波长叠加原理,推导出光强分布计算式.设计一套实验装置,数值模拟并实验验证出射光束在不同距离的横向光强分布以及小孔蝶形凹度(蝶形中心高度与边长的比值)对横向光强分布的影响.结果表明:当选择小孔蝶形凹度为0.50—0.66时,可以得到平顶因子F 0.89的白光横向平顶光束,横向平顶光束的宽度随着传输距离的增大而增大,而平顶因子基本不变.实验还发现柱面透镜的折射色散和衍射色散可以互相抵消,使白光横向平顶光束基本无色散.     

掠射式双面三棱柱阵列微结构扩散板的研究

研究了一种适用于无导光板侧入掠射式发光二极管(LED)平板灯的双面三棱柱阵列微结构扩散板。通过菲涅耳公式理论分析了双面三棱柱阵列增透原理,利用光线追迹软件TracePro模拟仿真了三棱柱阵列深宽比和三棱柱底边宽度对扩散板透射率的影响。模拟结果表明,入射面的透射率随深宽比的增大而增大,对于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)光学材料,当深宽比为0.5左右时透射率达到最大,并不再随深宽比增大而改变。出射面三棱柱阵列微结构深宽比在0.5附近由于两次全内反射导致透射率出现一个下降区域,而三棱柱阵列间距对扩散板的透射率影响很小,结果表明优化后的三棱柱微结构阵列扩散板对掠射光线的透射率可达93%。     

基于近场侧面均匀照明的LED投射器研究

在LED双面平板照明灯具中,为实现侧入式近场均匀照明,研究了一种LED柱面透镜阵列自由曲面投射器。根据非成像光学理论中的边缘光线原理,采用直接法和重叠法设计投射器的表面形状,利用反射旋转面和折射旋转面以及柱面透镜阵列将LED光源发出的朗伯光重新分配。建立侧面近场均匀照明的柱面透镜阵列自由曲面投射器模型,用TracePro软件对所设计的模型进行光线追迹仿真,结果表明,当不考虑反射损耗时投射器的出光效率达到96.03%,在投射器侧面的面板上面积为240mm×360mm的照度均匀度达到95.6%。     

消除自由立体显示串扰的定向背光源设计

定向背光柱透镜光栅式多视点自由立体显示器的串扰和亮度均匀性问题是影响其广泛应用的主要因素之一.本文通过分析串扰产生的原因,根据偏轴光线的成像光学原理,推导出液晶显示屏光开关板列单元与柱透镜组成的偏轴光学系统的参数计算式.提出一种液晶显示屏光开关蝶形单元结构,设计了采用该蝶形单元的定向背光自由立体显示背光源模组.模拟仿真结果表明:所设计的定向背光自由立体显示背光源可消除自由立体显示的串扰;在视点平面90%观看区域的串扰度小于0.5%,光束10%峰值宽度的串扰面积比γ=0,光束90%峰值宽度比普通液晶单元结构的增大37%,改善了不同位置观看图像亮度变化大的问题.     

大气激光通信用直锥形光纤发射天线

 提出采用直锥形光纤作为大气激光通信的发射天线,将多模光纤输出的部分相干发散光束变换为准平行光束的方案,既能得到发散角很小的部分相干激光光束,又能保证激光器输出能量的完全传输。采用光线追迹法分析了任意光束从锥形光纤小端面输入、大端面输出的发散角。结果表明,当直锥形光纤长度大于某一特定值时,从小端面输入的入射角小于数值孔径角的所有光线理论上都可以变换为出射角度小于光纤半锥角的光线,因此直锥形光纤可以作为部分相干光源的准直透镜,代替传统的凸透镜,用于改善光束的发散角。对远场光斑进行了数值模拟和实验研究,结果显示：直锥形光纤透镜对朗伯光源的准直光束比传统凸透镜的准直光束发散角小,光斑半径小且均匀性好,证明用此方法可以得到低发散、低空间相干性的光斑。     

聚合物光栅生物传感器光信号检测滤波电路

矩形光栅1级和0级衍射效率之比对光栅的凹槽深度敏感,介绍了将其应用于聚合物光栅生物传感器的原理和光栅衍射光信号检测电路系统原理。设计了锁相放大器的信号通道滤波器,获得带宽不大于1kHz的窄带滤波特性;利用相敏检测器(PSD)结合二阶巴特沃思低通滤波器,使等效噪声带宽限制在20Hz以内,避免了工频干扰,实验结果表明系统输出信噪比SNR可达4 000以上。     

基于自由曲面的裸眼3D显示柱透镜光栅设计

设计了一种用于裸眼3D显示屏的低串扰新型双面柱透镜光栅板,光栅板的入射面为等间距排列的与显示器子像素数量相同的凹形自由曲面光栅结构,出射面为斜置的凸形自由曲面光栅结构.根据裸眼3D显示原理和几何光学原理推导了双面光栅板的光栅单元自由曲面设计公式和光栅参数计算公式.通过MATLAB编程计算和SolidWorks软件建模得到光栅板模型.用TracePro软件对所设计的光栅板模型进行光线追迹仿真,结果表明:参数优化后的6视点斜置柱透镜双面光栅3D显示在最佳视角的图像串扰度为0.068%,与传统6视点斜置柱透镜光栅的最佳视角图像串扰度相比降低了2个数量级,并且在观看距离2 000mm~3 000mm范围内图像串扰度基本不变.     

两偏振态测量偏振相关损耗

基于具有偏振相关损耗和双折射的密勒矩阵洛伦兹变化特性,提出了一种测量偏振相关损耗的新方法.证实了测量偏振相关损耗取决于密勒矩阵的第一列元素.提出了一种实用的测量方法.新方法对于偏振相关损耗的测量只需要两个输入偏振态,因此具有测量速度快和测量误差小的优点,实验的测量结果证实了该方法的可靠性.     

小型化可调光镊设计

光镊利用强会聚激光对微粒产生的梯度力来捕获微粒,可以进行无损、远程操控,同时具有皮牛精度的测力特性,已经成为物理学、生命科学和胶体化学等研究领域中不可缺少的研究工具。光镊效应可以表现微小的光子动量和角动量,是物理学的重要教学工具。本文根据高斯光束传播和变换规律,设计具有稳定捕获性能的最小化光镊,并给出了典型参数。光镊系统由捕获激光、光束耦合系统、倒置生物显微镜和大数值孔径物镜组成,成像系统由物镜、摄影目镜和CCD相机组成。本光镊系统具有紧凑特性,同时通过保持物镜后瞳充满度来实现稳定捕获。在该最小光镊系统上,可以根据用户需求增加光镊阱位操控系统、刚度调节系统和其他辅助设备以满足不同操控要求,可以很好地满足科研和教学需求。