用二元光学技术制作计算全息波面变换元件

基于计算全息原理与二元光学技术设计制作了应用于机载平视显示器（HUD）中的计算全息波面变换元件,该元件具有较高的衍射效率,一块二元相位型计算全息元件的衍射效率比一般计算全息图的衍射效率提高了四倍,并能产生传统光学元件不能实现的光学波面,如非球面,环状面和锥面等,制作工艺简单,复制简便。     

用于衍射光学元件优化设计的遗传算法及其与模拟退火算法的比较

本文成功地将遗传算法运用于高维衍射位相光学元件的优化设计.并与模拟退火算法进行了比较.结果表明,该算法不仅对于二元,而且对于多元位相光学元件的优化疫计均是十分有效的.而且,它特别适用于利用光电混合处理系统进行优化计算.     

衍射光学元件的效率研究

衍射光学元件的衍射效率是其在设计和应用时需要重点考虑的因素。用标量理论的方法分析可以得到较高的理论衍射效率。然而,标量理论所作的假定限制了其在高频衍射结构中分析结果的精确性,制作上的局限也降低了实际可能的衍射效率。讨论了标量分析的方法,并说明了怎样结合设计实际来实现对衍射效率的提高。     

衍射光学元件的设计方法

衍射光学是基于光学衍射原理和利用计算机产生全息图和相息图（ｋｉｎｏｆｏｒｍｓ）以及微电子加工　　技术而发展起来的一个新的光学分支。衍射光学元件能够同时实现几种光学功能,从而实现光学元件的微型阵列化与集成化。着重介绍基于衍射标量理论、衍射光学元件的设计原理和相关的算法。通过简单的例子来说明设计的步骤和结果。     

基于位相分布限制衍射光学元件的散斑抑制方法

根据散斑产生的机理,利用像素点之间干涉的概念,提出了通过限制光场的位相分布范围来抑制投影图像中散斑对比度的方法.在部分发展散斑的条件下,推导了位相均匀分布情况下的散斑对比度公式,揭示了当相位分布范围在0.6π~2π之间时,散斑对比度随相位分布范围的变化而震荡变化,当把相位分布范围限制在0.6π以下时,散斑对比度会随相位分布范围的减小而迅速下降.建立了理想仿真模型和实际仿真模型来验证该方法的正确性和可行性.在理想仿真模型中,当位相分布范围从2π变到0,所得散斑图样对比度从66.44%降到0;在实际仿真模型中,模拟了实际激光投影系统的光路结构,并运用了两片衍射光学元件,一片用于激光整形匀化,一片用于光场的位相分布范围限制,散斑图样对比度从92.78%降低到2.09%.该方法稳定性高、耗能低、使用元件尺寸小,为全息投影显示的散斑抑制提供了参考.     

基于瑞利-索末菲积分的大衍射角衍射光学元件设计方法

针对现有的衍射光学元件设计方法只适用于小角度衍射的情况,本文提出了一种基于瑞利-索末菲衍射积分的设计方法,可以用来设计具有大衍射角的衍射光学元件。先对目标光场进行坐标变换和强度调整,再利用改进的Gerchberg-Saxton算法优化得到衍射光学元件的相位分布。分别采用本文方法和原有的基于夫琅禾费衍射积分的方法设计衍射光学元件实现线条结构光和不同角度方框图形的光场重构,结果表明:原有的设计方法只适用于衍射角全角小于25°的情况,当衍射角大于25°时,重构光场会出现显著的枕形畸变和不均匀的强度分布。而本文方法在小角度和大角度衍射下都能重构出准确的衍射角和较为均匀的强度分布.     

一维纯位相线成象衍射光学元件的计算

报道以一维平面阶梯条形纯位相结构，用等光程补偿的物理概念出发，计算了单线与双线象的衍射光学元件的多种构形，获得了与理想衍射线象符合的光强分布；同时发现双线象时会出现噪音光强小峰，这在精确成象时仍是要设法避免的．     

全息模式波前传感器中高阶衍射抑制方法研究

全息模式波前传感器(HWFS)是一种模式型的波前传感器,它利用多模复合的全息元件和位敏探测器来获得入射光中特定模式Zernike像差的强度.然而,多模复合全息元件中的光衍射过程通常会伴随着高阶衍射产生的干扰光.这些干扰光会分散激光能量,降低探测信噪比.提出一种通过引入强度调制的方法来消除由二元相位型全息元件衍射产生的干...     

在光学实验中开设计算全息实验的探讨

计算全息能很好地实现传统光学全息干涉衍射过程的数字化模拟,与传统实验相比,实验参数调整方便,现象直观。将计算全息引入到光学实验教学中,可以突破传统实验的诸多限制,拓宽学生的专业知识面,促进学生的综合实验技能培养。     

衍射光学元件的制作和应用

衍射光学是基于光的衍射原理，利用计算机设计衍射图，并通过微电子加工技术直接在光学材料上制作表面浮雕的元件，从而能够灵活地控制波前位相和光线偏折，衍射光学在是模拟全息，计算全息图和相息图的基础上发展起来的新型光学分支，随着微电子加工工艺的革新和高性能计算机的出现，衍射光学引起广泛的关注和兴趣，其技术业已应用到各个领域之中，将着重介绍衍射光学元件的制作和复制方法以及具体的应用。     

圆柱型层析计算全息技术研究

研究了三维物体圆柱型层析计算全息技术:分别将不同深度三维物体的圆柱截面与对应的点扩展函数进行卷积后叠加获得位于全息面的物光场分布,并与参考光干涉获得计算全息图,再现该全息图可对原物体实现360°观测。首先建立三维物体圆柱型层析计算全息模型,推导系统点扩展函数与不同方向采样间隔所需满足的条件;然后通过理论与实验分析了物体不同圆柱截面半径、波长对空间频率和系统传递函数的影响,采用峰值信噪比和均方误差来评价再现图质量;最后对三维地球模型采用圆柱型层析计算全息编码,再现了不同观察角度与深度的信息。仿真结果表明,该方法对于一般三维物体360°全视场显示具有较高的应用价值。     

边界元法循环平稳近场声全息理论研究

循环平稳声场是工程中经常遇到的一种特殊非平稳声场,声压信号受到调制作用,导致频谱出现边带现象,经典的近场声全息技术重建得到的声场无法反映声场的调制特性。在平面循环平稳近场声全息基础上,提出一种边界元法的循环平稳近场声全息技术,用二阶循环统计量理论代替传统的傅里叶分析,并以声压的循环谱密度取代其频谱及功率谱密度作为重建量,可用于循环平稳声场中具有复杂表面声源的辐射声场。由于循环谱密度对循环平稳信号具有解调功能,用该方法重建得到的循环谱密度能有效地反映调制和载波信号的信息。仿真分析与实验表明了本理论的有效性和精度能满足工程要求。     

Research on the cyclostationary nearfield acoustic holography based on boundary element method

Cyclostationary sound field is a special kind of nonstationary sound field, in which the pressure signal is modulated seriously and sidebands exist in its spectrum. The reconstructed sound field can＇t figure the cyclostationary features in conventional Nearfield Acoustic Holography （NAH） procedure. On the basis of planar cyclostationary NAH, the cyclostationary NAH based on boundary element method is proposed which can be utilized to analyze radiators with complicated surface. Replacing the Fourier＇s transform with the second-order cyclic statistics, the Cyclic Spectral Density （CSD） functions is used as the reconstructed physical quantity in the proposed NAH technique, instead of the spectrum or power spectral density of pressure signal. By virtue of the demodulation ability of CSD function, the reconstructed CSD can effectively express the information of modulating and carrier wave respectively. The simulation and experiment illustrate that the validity and accuracy of this cyclostationary NAH technique satisfy the request of engineering.     

Silicon-based transmissive diffractive optical element

A silicon nitride (SiNx) membrane diffractive optical element (DOE) designed to exhibit beam-splitting and focusing behavior at visible wavelengths has been fabricated and tested. Since the fabrication process is based on silicon micromachining technology, the DOE is easily integrated with a laser diode chip and a photodiode chip on a silicon substrate to function as the hologram-laser-photodiode unit for use in the pickup head of a CD or DVD system. The SiNx film is deposited with low-pressure chemical-vapor deposition and the free-standing membrane is formed by KOH etching. The transmissive DOE showed a high diffraction efficiency (>20% for a binary-phase-level element). The experimental evaluation was in good agreement with the designed and modeled predictions.     

Multifunctional double-layered diffractive optical element

We propose a novel multifunctional double-layered diffractive optical element (DOE) based on the fractional Talbot effect. This DOE consists of two layers: one is the encoding layer, in which multiple sub-DOEs, i.e., multiple optical functions, are encoded; the other is the decoding layer, which is a properly designed Talbot illuminator. This DOE can perform each of the multiple optical functions one by one by shifting the encoding layer. Experimental results demonstrate that this method is efficient. This device should be highly interesting for integrated optics, optical interconnection, secure optical storage, and dynamic optical fiber communications.     

基于衍射光学元件的激光相干合成研究进展

从衍射光学元件的基本原理出发,围绕连续波和脉冲波两大应用领域,综述了国内外基于衍射光学元件实现共孔径相干合成的研究进展。在国内,上海光学精密机械研究所分别实现了连续光和脉冲光的合成,连续光实现了206 W的输出功率,光束质量1.38,合束效率29.6%;脉冲光实现了峰值功率1.02 kW,重复频率2.2 MHz的ns级脉冲相干合成光束,合束效率61%。在国外,连续光方面实现了5 kW量级的合成光输出,合束效率82%;脉冲光方面实现了平均功率150 mW,重复频率100 MHz的fs级脉冲相干合成光束,合束效率83.4%。最后对基于衍射光学元件的激光相干合成技术的未来发展做出了展望,相信在不久的将来,基于衍射光学元件的相干合成技术会不断发展,逐渐突破技术瓶颈,从而为更多的应用领域奠定坚实基础。     

基于衍射光学器件的多自由度测量仿真研究

提出了基于衍射光学器件的单光束多自由度测量的新方法。描述了该方法的基本原理,建立了相应的激光干涉系统的数学模型,设计了一种能够产生多自由度测量信息的衍射光学器件。分析了干涉场光强信号特征与目标各平动和转动量之间的关系,给出了仿真计算结果。该方法原理简单,测量效率高,并能提供较高的测量分辨率和测量精度。     

Fast processing method to generate gigabyte computer generated holography for three-dimensional dynamic holographic display

Two different methods from graphic processing unit(GPU) and central processing unit(CPU) are proposed to suitably optimize look-up table algorithms of computer generated holography(CGH). The numerical simulations and experimental results show that we can reconstruct a good quality object. The computation of CGH for a three-dimensional(3D) dynamic holographic display can also be sped up by programming with our proposed method. It can optimize both file loading and the inline calculation process. The phase-only CGH with gigabyte data for reconstructing 10 MB object samplings is generated. In addition, the proposed method effectively reduced time costs of loading and writing offline tables on a CPU. It is believed the proposed method can provide high speed and huge data CGH for 3D dynamic holographic displays in the near future.     

Polarization conversions of diffractive wave plates based on orthogonal circular-polarization holography

A polarization holographic grating, which integrates the functions of a grating and a wave plate and is called a diffractive wave plate, is recorded by two beams(left and right circularly polarized) of a 532 nm laser in an azo polymer with a liquid-crystal structure. The polarization conversion characteristics of the diffractive wave plates are investigated with a detecting light of 650 nm by metering the polarization state of first-order diffracted light.It is confirmed that the diffractive wave plates convert the incident linear polarization into circular polarization for a linearly polarized probe laser and reverse the sense of rotation of the circular polarization when the detecting light is circularly polarized light.