全息曝光系统轴向调节误差对光栅衍射波像差的影响

光栅衍射波像差作为全息光栅重要的技术指标之一,直接影响光栅分辨率,其中曝光光学系统的调节误差是引起光栅衍射波像差的主要因素。采用q参数讨论了高斯光束在光栅曝光光学系统中的传播和变换,通过计算高斯光束经准直系统后的相位给出了叠栅条纹相位分布的解析表达式,由此系统分析了曝光系统调节误差与光栅衍射波像差的关系。理论分析结果表明:左右曝光光路准直系统的相对离焦对光栅衍射波像差的影响最为显著;相对离焦量相同时,光栅衍射波像差随曝光系统焦距的减小而逐渐增大;理论模拟的条纹分布与实验中获得的叠栅条纹能够很好吻合。     

基于级联光栅的X射线相衬成像实验研究

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4%,随着吸收光栅偏离零点位置,条纹对比度逐渐降低,但是在其位置跨越从-17mm到12mm的范围内,条纹对比度仍保持在10%以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响,结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时,其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场X射线相衬成像系统的设计.     

X射线光栅相位成像的理论和方法

通过对X射线光栅相位衬度成像实验装置的理论分析,提出了光栅位移曲线的表达式,推导出了X射线光栅相位衬度成像方程.根据该成像方程,提出了基于光栅成像相位提取方法.这些理论结果将简化光栅相位衬度成像实验步骤,提高信息获取效率,并为X射线光栅相位衬度成像和计算机断层成像的结合,进一步提出光栅相位衬度CT的简化理论奠定基础. 关键词： X射线 相位衬度成像 光栅衍射 Talbot效应     

基于Talbot效应的掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅的研究

本文系统研究了基于泰伯效应(Talbot) 的位相可调掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅及其光衍射成像, 对光栅占空比D、不同位相差Δφ、及泰伯分数β条件下的光栅近场光衍射强度分布进行了理论研究, 结果表明当光栅占空比D=52%、位相差Δφ=0.75 π、 泰伯分数β=0.2时, 光栅近场衍射光图像效果最佳. 实验设计与 制备了掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅, 并对其进行了Talbot衍射光成像实验研究, 得到了不同位相差和不同泰伯分数β条件下光栅近场衍射 光图像, 实验结果与理论研究结果相符. 关键词： 二维六角位相阵列光栅 掺镁铌酸锂晶体 泰伯效应     

微分相衬成像阵列光源

通过对用于微分相衬成像吸收光栅效率及光源空间相干性分析,提出一种新型阵列光源替代现有普通光源加吸收光栅模式.根据相位光栅自成像强度分布及吸收光栅效率对干涉成像对比度的影响分析,吸收光栅厚度一般应大于100 μm,而目前微加工工艺难以完成所要求的吸收光栅结构.结合光源亮度及成像对比度分析,给出阵列优化结构,并制作该光源,相关测试验证其可行性.     

二元光学液晶闪耀光栅的特性分析

在二元光学理论的基础上,结合波动光学理论和液晶指向矢的计算提出一种新的二元光学液晶闪耀光栅设计.对液晶光栅电极施加阶梯分布的电压使之形成相位阶梯形分布,推导出液晶闪耀光栅的衍射效率.结果表明,通过改变周期单元光栅电极数日而改变光栅常数,可以改变光衍射角度,一级衍射角度调节范围0°～10°;调节电极电压可以使特定级次衍射光效率达到90%以上,使该级次得到闪耀.     

微分相衬成像阵列光源

通过对用于微分相衬成像吸收光栅效率及光源空间相干性分析,提出一种新型阵列光源替代现有普通光源加吸收光栅模式.根据相位光栅自成像强度分布及吸收光栅效率对干涉成像对比度的影响分析,吸收光栅厚度一般应大于100 μm,而目前微加工工艺难以完成所要求的吸收光栅结构.结合光源亮度及成像对比度分析,给出阵列优化结构,并制作该光源,...     

LED照明的光栅光调制器光学特性分析与实验

针对一种新型的光凋制器--光栅光调制器,研究用LED作为其照明光源时对光学调制特性的影响.以部分相干光理论为依据,结合MATLAB仿真,推导出用LED照明光栅光调制器时,光源带宽对成像对比度具有较大的影响,通过滤色片将光源带宽减小到13 nm时,像面上的对比度约为150,进一步减小带宽至10 nm,对比度将达到225.光源的尺寸在与光源到光栅光调制器之间的距离相比小于0.03时,对光栅光调制器的光学信息处理不会有影响,并通过实验加以证实,从而说明采用LED作为光栅光调制器照明光源的可行性.     

铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算

吸收光栅是X射线相衬成像系统的关键器件,铋吸收光栅由于其制作成本低廉且适于在普通实验室开展制作而受到青睐。提出了一种针对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算方法,通过建立模型,数值计算了不同铋层厚度的吸收光栅所对应的叠栅条纹对比度,并比较了π和π/2相位光栅两种情形下的结果。结果显示,随着吸收光栅铋层厚度的增加,条纹对比度逐渐增加,当源光栅和分析光栅的铋层厚度分别达到150μm和110μm时,利用π相位光栅在40kV管电压下其条纹对比度可达48%,60kV管电压下其条纹对比度只能达到22%。而在两个吸收光栅铋层厚度相同的情况下,采用π/2相位光栅所得条纹对比度略优于π相位光栅的结果。对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的计算分析,可作为X射线相衬成像系统设计的参考依据,推动该成像技术走向实用化。     

单轴晶体中垂直光轴方向上的二维泰伯效应

基于单轴晶体光束传输理论,从理论上推导了二维正交周期结构光场沿垂直单轴晶体光轴方向传播产生泰伯效应的公式。给出了泰伯效应的产生条件和常规泰伯距离的表达式,常规泰伯距离的大小决定于单轴晶体寻常光的折射率n_o与非寻常光折射率n_e之比和二维周期结构的x方向周期p_x和y方向周期p_y之比。模拟了二维正弦光栅和二维项链光栅的光场在单轴晶体中因各向异性衍射产生的泰伯效应。两种情况都能在更短的约化泰伯距离处产生与原光栅相同的泰伯像,在半约化泰伯距离产生与原光栅互补的像;在1/4约化泰伯距离和3/4约化泰伯距离产生的泰伯子像强度分布的周期为原光栅的1/2,相位变化的周期与原光栅相同,但是在空间上有半个周期的移动。本研究将泰伯效应拓展到各向异性介质中的传播动力学,加深了人们对周期性光场的传输理论的理解。     

Diffraction of a modulated laser beam in 3ω optics system

Based on diffraction optical theory, diffraction of a laser beam with periodic amplitude modulation and phase distortion is derived in 3ω optics system. Influence of defocus distance and focal length of a focusing lens on intensity distribution of diffraction light is investigated by numerical simulation. The results show that appropriate distance away from the focus spot and increase the focal length in final optical systems are beneficial to control the modulation of light intensity fluctuations and reduce the optical components damage caused by small-scale self-focusing effect.     

轴锥镜成像系统的点扩散函数分析

为了使大景深光学镜头在工业视觉检测中的测量结果更准确,必须对中间图像进行复原,点扩散函数是图像复原的关键。根据轴锥镜最大无衍射距离公式设计了无衍射成像系统,以标量衍射理论为基础,在频域范围内利用稳定相法推导出系统的点扩散函数公式。利用准单色光理论,分析非相干光照明下的点扩散函数与锥镜夹角和离焦量的关系。仿真和实验结果表明:轴锥镜夹角越大,点扩散函数中心光强越强,衍射条纹越密;离焦像差对点扩散函数的影响与之相反。     

正支共焦非稳腔的离焦像差特性

 正支共焦非稳腔在出光过程中易受环境扰动而造成腔长失调，易受热积累影响而使腔镜变形，从而使输出光束产生离焦像差和部分其它像差。为了实现对离焦像差的校正，针对不同的产生原因，提出了2种离焦像差特性分析方法：一为腔镜相对位置失调引起的离焦像差特性理论分析方法，它是另一种分析方法的基础；二为腔镜变形引起的等效腔长变化导致的离焦像差特性分析方法，它是实际激光器中的主要分析方法。得到了离焦像差与腔长的特性关系和离焦像差与腔镜变形量之间的特性关系。研究表明：腔长改变和腔镜变形对离焦像差的影响本质是一样的，都是改变了谐振腔的共焦点位置；腔长改变或腔镜矢高变化与离焦像差都成近似的线性关系。实验验证了离焦像差特性分析方法的有效性，最后指出离焦像差特性可作为激光器中离焦像差动态补偿的有效依据。     

散焦光栅测量光束漂移的光路设计仿真

传统的光束漂移量测量系统利用近、远场测量设备分别测量光束的平漂量和角漂量,结构复杂、实时性低。散焦光栅焦平面处正、负一级衍射斑的位置变化可同时反映光束的平漂量和角漂量,为验证该理论、搭建简化的测量系统需要对光路设计进行仿真。基于散焦光栅的成像机理,利用Matlab软件构建了光束通过散焦光栅的成像模型,仿真结果与理论分析一致;最后对光栅和透镜等不同光路设计参数与最大漂移量测量幅值的关系进行了模拟。结果表明,在成像单元约1 cm2、短焦透镜焦距约12 cm的条件下,为实现漂移量测量精度和可测幅度的最大化,散焦光栅需要离轴15 mm,散焦光栅与短焦透镜的焦距比为6。     

基于二进制条纹加相位编码条纹离焦投影的三维测量方法

复杂表面的精密三维测量在工业无损检测中非常重要。二进制条纹离焦投影方法在快速三维测量中有重要的应用前景,但该方法难以实现复杂表面高精度三维测量。为此,提出了基于二进制条纹加相位编码条纹离焦投影的三维测量方法。由于离焦投影滤除了高次谐波和高频噪声,可以克服投影仪的非线性伽马效应,与传统投影正弦条纹方法相比,提高了其测量精度。针对离焦投影时,随着相位编码条纹频率增大,条纹级次判决困难,出现周期错位,导致相位解包裹出错,提出了相移编码方法来解决以上问题。采用相移编码方法校正周期错位,使条纹级次判决准确,进一步提高其测量精度。实验结果表明,其测量精度可以达到0.044 mm,验证了本方法的有效性和实用性。     

High-quality binary fringe generation via joint optimization on intensity and phase

There have been active studies on optimized dithering techniques to improve 3D shape measurement quality with defocused projectors. These techniques optimize the fringe quality in either phase domain or intensity domain according to their objective functions. Phase based optimization is direct and effective, but is sensitive to projector defocus levels. Intensity based optimization is robust to projector defocus levels, but it does not fully improve the phase quality. This paper presents a joint optimization technique to combine the merits of both the intensity and phase based optimization, which includes a pre-intensity optimization and a further optimization based on the synthesized error function. Then this technique is implemented in two frameworks, the whole-fringe optimization and the best-patch optimization, to generate binary fringe patterns. Both simulations and experiments show that the proposed technique can generate binary fringe patterns with high phase quality and robustness to projector defocus levels.     

Generation of hollow beams by using a binary spatial light modulator

We demonstrate the generation of hollow laser beams by using a binary spatial light modulator and compare the results with those for a continuous modulator. The binary phase modulator produces beams that have continuous, azimuthally varying phase profiles and can be dynamically changed with kilohertz refresh rates. The intensity and phase profiles are recorded through the focus of an imaging lens and are compared with scalar diffraction theory. We highlight properties of the beams relevant to optical dipole traps.     

Phase and amplitude retrieval in ghost diffraction from field-correlation measurements

We report the results of experiments about the inversion of ghost diffraction with pseudothermal light. A complete retrieval of the complex transmission function of planar transparencies, illuminated by spatially incoherent, quasimonochromatic light, is achieved. This is obtained by measuring the field (instead of the intensity) correlation function. In particular, the determination of the phase of the correlation function is made particularly easy and robust by the use of a suitably modified Young interferometer. The presented results refer to the cases of a clear slit and a phase step.     

余弦二值编码纯相位全息图的数字微镜器件显示

分析了采用错误减算法的迭代过程,在已知物波函数傅里叶谱的振幅和物波函数振幅的情况下恢复出纯相位的物波函数,最大限度地保留物波的振幅及相位信息.提出采用余弦二值编码生成二值全息图,即全息图的透射率函数取0或1.二值全息图通过数字微镜器件全息显示系统进行了重构显示,重构效果很好.理论分析了数字微镜器件的衍射效率,表明其最大衍射效率仅和微镜之间的间隔尺寸与微镜边长之比有关.余弦二值编码方法从理论上消除了零级衍射,可以制作像素较多的全息图.