爱因斯坦发表引力透镜文章的经过

 1936年,爱因斯坦在美国《科学》杂志上发表了题为“由于光在引力场中的偏折而使得星球的作用类似透镜”的短文.这篇短文现被认为是引力透镜领域的开山之作.60余年来,很少有人知道爱因斯坦发表那篇短文的原因.     

计算光在引力场中偏折的新方法

利用光的量子论,能量守恒及弱等效原理得出电磁波传播在几何近似下,光线在引力场中的偏转角和波矢的关系. 利用引力场中电磁波方程,在弱场近似下给出了一般的计算光线偏转角度的方法. 具体计算了Schwarzchild引力场中光线的偏折及Kerr-Newman引力场中光线的偏折. 关键词： 引力场 电磁波方程 能量守恒 弱场近似     

一种自聚焦透镜的成像解

自聚焦锥透镜与圆柱透镜相比较，有其特殊之处。柱透镜在近轴平行光入射时，光线的振幅、相位、周期保持不变，而锥透镜的三者均发生变化，而且求解锥透镜的光线方程也比圆柱透镜复杂得多。本文推导了一个锥透镜的光线方程。可据此设计经过锥透镜后的光源大小，这在微系统照明中非常有用。     

球面端面的锥形梯度折射率透镜的近轴成像特性

本文根据光线在球面上的折射公式及光线微分方程,研究了光线经两端面为球面的锥形梯度折射率透镜的传播和变换,基于光线传递ABCD矩阵,提出了球面端面的锥形梯度折射率透镜的一种等效光学系统.文中给出了该透镜的主平面、焦平面和焦距计算公式,以及近轴成像高斯公式.当锥度为零时即得到球面端面的柱形或径向梯度折射率透镜的相应结果.     

基于光学偏折的微小透镜双曲面同步测量

针对自由曲面微小透镜检测中无法同时高精度检测前后表面的问题，提出一种基于光学偏折的微小透镜前后曲面同步测量方法。该方法基于高精度的透射波前检测系统建立理想光线追迹模型，并在利用光学偏折高精度测得的含有被测微小透镜面形信息的透射波前像差基础上，以被测微小透镜的前后两个曲面为优化变量，进行数值迭代优化求解，最终基于优化结果重构出被测微小透镜各表面面形误差。对所提出的面形测量方法进行仿真与实验验证，并通过Zygo干涉仪进行比对实验，结果显示对于口径为6 mm的微小透镜，所提方法的检测结果与比对实验的检测结果高度一致，面形偏差的均方根误差值仅为几十纳米。     

透镜棱镜对光波面作用的研究

光在透镜中传播时光线发生偏折,即光波面形状发生改变,若透镜为均匀透明介质,两工作面为旋转二次曲面,则在透镜内的光波面也为旋转二次曲面,但与工作面形状不同,由具体的透镜工作面形状和折射率决定。光在棱镜中传播时也发生偏折,但由于工作面是平面,所以研究棱镜中的光传播时,入射光一般取平行光,在棱镜中光波面也是平面波。现就具体几种情况分别阐述如下。     

液体透镜的透射波前特性研究

液体透镜是一种新型光学元件,通过改变表面曲率而调整光焦度.液体透镜的透射波前质量会影响成像质量,将液体透镜应用于精密光学系统需要探明其透射波前变化特性.通过理论和仿真分析液体透镜通光孔径内不同高度入射光线的光程差随曲率半径的变化,以及光程差对光焦度的敏感性,以此研究光瞳空间内光程差微变的一致性.分别测量液体透镜在零、正...     

COB光源的窄光束均匀照明设计

为了解决高功率白光LED光源输出高均匀度窄光束的问题,设计了一种由复合抛物面反射器、菲涅尔透镜和非球面透镜组成的照明系统。设计中以板上芯片型（COB）集成光源的配光曲线为依据构建光源仿真模型,由复合抛物面反射器实现大角度光线初次会聚之后,再由菲涅尔透镜控制溢散光,最后利用非球面透镜进行准直配光。采用TracePro进行蒙特卡洛光线追迹,根据仿真得到的系统性能指标,并研制出实物装置进行实验测试。最终测试结果表明：窄光束均匀照明系统可以输出±7.9°的光束,并且在距离系统出光面0.7 m左右的区域形成均匀度超过96%的圆形光斑,整体光效达到60%。     

正方形自聚焦透镜光线理论研究

针对正方形自聚焦透镜折射率分布特点,引入方向角概念,以平方律表征其折射率分布.从理论上研究了平方律折射率分布下正方形自聚焦透镜的光线轨迹方程,得到了子午光线表达式.结果表明,与传统径向自聚焦透镜相比,正方形自聚焦透镜的光线轨迹受光线入射方向角影响,会产生较大像差.得到了正方形自聚焦透镜数值孔径表达式,表明数值孔径并非常量,且与方向角密切相关.计算了中心轴上的最大数值孔径,方向角为0°时最小为0.405,方向角为45°时最大值0.5以上.     

实现近场均匀照明的双自由曲面大角度透镜设计

针对LED单自由曲面透镜近场大角度照明均匀性不足和出光效率低等问题,基于边缘光线理论和网格划分法,设计了内曲面为椭圆型,外曲面为自由曲面的LED双自由曲面大角度透镜.透镜内曲面对LED入射光线进行发散,外曲面对出射光线方向进行控制,实现大角度均匀照明,并减少全反射损失,提高出光效率.采用扩展光源文件对透镜模型进行光学仿真,并利用反馈优化法对外曲面进行优化,提高近场的照度均匀性.研究表明:在相同近场距离条件下,出光角度为143°、151.8°时,单自由曲面透镜照度均匀性为0.55和0.40,出光效率为92.0%和80%,而所设计的双自由曲面透镜照度均匀性为0.84和0.85,出光效率为98.8%和95.0%,照明效果明显改善.     

高平均功率薄片激光多通泵浦耦合系统设计

薄片激光器的耦合系统主要采用正交的快慢轴柱透镜及柱面反射镜对220个线阵的大尺寸二极管面阵光源进行准直和4通耦合,在泵浦区得到23 mm×27 mm的光斑,耦合效率达到85%,用CCD观测到泵浦区光斑的均匀性较好.采用光线追迹的方法从快慢轴耦合透镜和反射镜两方面进行计算模拟.泵浦模块快轴和慢轴两方向光经过相应耦合透镜后,薄片处泵浦区光强近乎平顶分布.     

非圆柱形发散梯度折射率棒透镜光线传播轨迹的解析解族

本文研究光线在具有非圆柱形等折射率面的发散型梯度折射率棒透镜中的传播规律,提出在轴向弱非匀条件(即dg~(-1)(z)/dz<<1下近轴子午光线轨迹的一种解析表达式.从该解析式的解析解,棒透镜梯度参数g(z)所满足的条件出发,导出棒透镜的折射率分布族.文中给出了两个线性无关的光线传播轨迹的解析解族,并以一种发散型棒透镜为例讨论了近轴成像特性.     

激光显示照明光路中复眼透镜的设计

设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜,并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化,发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下,整个复眼透镜上的阵列越多,即复眼透镜上蜂窝的数量越多,其匀光效果就越好,且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效,设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹,实验显示其光线透过率可以达到92.5%,且几乎无杂散光。     

激光显示照明光路中复眼透镜的设计

设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜,并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化,发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下,整个复眼透镜上的阵列越多,即复眼透镜上蜂窝的数量越多,其匀光效果就越好,且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效,设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹,实验显示其光线透过率可以达到92.5%,且几乎无杂散光。     

用于头盔显示液晶像源的透镜薄膜设计与制备

LED已经成为头盔液晶显示的主流背光光源,为了提升LED主视角亮度,减小背光模块的体积,对双自由曲面透镜进行了扁平化设计,形成透镜薄膜,仿真结果表明光线透过透镜薄膜后,存在中心亮度升高、光斑缩小的问题.采用反馈优化方法修改了双自由曲面透镜设计时的能量分布,并重新设计了透镜薄膜,仿真结果表明优化后的光斑尺寸从2.3 mm...     

透镜型量子点中类氢杂质基态能的计算

通过有效质量近似和变分法，研究了垂直磁场下透镜型量子点中类氢杂质基态能量，并与球型量子点进行了比较.研究表明：对于球型量子点，基态能仅与杂质的偏离距离有关，与垂直和水平偏离无关；而对于透镜型量子点，由于水平方向和垂直方向束缚势的非对称性，电子基态能不仅与杂质的偏离距离有关，还与杂质偏离方向有关. 关键词： 透镜型量子点 基态能 变分法     

自聚焦透镜组合光学系统的光线传输分析

本文导出了自聚焦透镜组合光学系统的光线传输方程,讨论了光线传输与自聚焦透焦透镜参数关系。对几种典型自聚焦透镜组合进行了计算、从而估计自聚焦透镜参数选择。     

微透镜阵列的制备与应用研究进展

微透镜阵列是一种多功能的微光学元件,可以对入射光进行扩散、光束整形、光线均分、光学聚焦等调制,进而实现大视角、低像差、小畸变、高时间分辨率和无限景深等,在光电器件和光学系统的微型化、智能化和集成化方面具有重要的应用潜力.介绍了微透镜阵列的光学原理和发展历程,综述了喷墨打印、激光直写、丝网印刷、光刻技术、光聚合技术、热熔回流技术和化学气相沉积法等微透镜阵列制备技术,总结了微透镜阵列在成像传感、照明光源、显示和光伏等领域的应用进展,最后对微透镜阵列的发展方向进行了展望,讨论了曲面微透镜、叠加复眼系统以及微透镜与新型光电材料结合等新方向的发展趋势和未来挑战.     

基于相位测量偏折术的透镜波像差检测方法

根据逆哈特曼检测原理建立了逆光线追迹模型,对透射相位测量偏折术系统进行了分析,并提出了可适用于透镜或成像镜头波像差测量的计算方法。在波像差定义的基础上,通过计算正逆模型光程差的对比在原理上验证了此方法的可行性,通过模拟计算验证了本方法的有效性。结合实际光线标定、系统模型追迹和N步相移算法得到了实际透镜的波像差。在实验中测量一个平凸透镜的波像差,并与干涉仪的测量结果进行对比,两者测得的波像差的RMS差仅为0.03μm,验证了此方法能够精确地测量透镜的波像差。结果表明,本方法具有装置简单、成本低、计算原理简单等优点。在无需干涉仪的前提下,为测量透镜的波像差提供了一种新的离线或在线/在位检测手段。     

转换屏发光光谱对闪光照相成像质量影响研究

转换屏的X射线激发发光光谱与透镜系统的匹配偏差会对闪光照相光电接收系统的成像质量造成影响.提出了一种一维线阵全分辨的模拟计算方法,对在理想光源照射下系统成像视觉全分辨能力进行了模拟计算.用白光光源加滤波片照明分辨率板的实验方法,对不同光源照射下系统的成像质量进行了评估.分析表明,转换屏发光宽光谱及其中心波长与透镜系统不匹配均对成像分辨率造成一定影响,而对图像对比度造成较大影响.只有在透镜系统针对的消像差波段540～550 nm附近窄带发光的转换屏,其成像质量才能基本不受匹配影响,近似于模拟计算的结果.