Optical Pick-up for Blue Optical Recording at NA = 0.85

Sony and Philips have recently developed the basic technology for a 22.5 GB optical recording system, based on a blue laser (#x03BB; = 405 nm) and high numerical aperture (NA = 0.85) objective lens. This system is referred to by the acronym DVR (for Digital Video Recording). In this paper we describe the relization of a compact optical pickup unit capable of writing and reading data on disc according to the DVR format.This paper was originally presented at the 2nd International Conference on Optical Design and Fabrication, ODF2000 which was held on November 15-17, 2000 at the International Conference Center Tokyo Waseda University, Japan.     

衍射光学透镜的设计

介绍一种衍射光学透镜的通用设计方法，它适用于大的相对孔径和任意的物像共轭距离，同时考虑了透镜基板厚度的影响．设计的结果，用激光写入法加工成透镜，其成像质量达到衍射极限．     

Design and Fabrication of Microlens Array for Near-Field Vertical Cavity Surface Emitting Laser Parallel Optical Head

A GaP microlens for collecting laser light was developed in the tip of a near-field probe. It is important to realize a near-field optical probe head with high throughput and a small spot size. The design and fabrication results of the GaP microlens array are described. The most suitable GaP microlens with a probe was calculated as having a 10 μm radius using the two-dimensional finite difference time domain (2-D FDTD) method. The full width half maximum (FWHM) spot size variation and optical power density tolerance were calculated as 157 nm ± 5 nm and 7%, respectively. A spherical GaP microlens was fabricated with a radius of 10 μm by controlling the Cl₂/Ar gas mixture ratio. The difference between the theoretical spherical shape and the fabricated GaP microlens was evaluated as 40 nm at peak to valley. The FWHM spot size and optical throughput of the fabricated microlens were measured as 520 nm and 63%, respectively. The microlens was the same as a theoretical lens with a 10 μm radius. The micron-lens array fabrication process for a near-field optical head was demonstrated in this experiment.     

透镜组合实现光学分数傅里叶变换

从光学系统脉冲响应函数理论的角度分析了秀镜组合实现光学分数傅里叶变换的结构及标准焦距的物理意义，推导了几种较普遍的实现光学分数傅里叶变换的结构，利用该结构可以方便地改变其标准焦距，这对设计由多级数傅里叶变换级联构成的空间变化滤波系统具有重要的指导意义。     

渐进多焦点镜片的逐点定向曲率补偿优化设计

提出一种利用逐点定向曲率补偿法对渐进多焦点镜片初始模型进行整体优化以减小周边散光区（俗称盲区）的优化设计方法。推导出自由曲面任意方向法曲率的计算公式、确定主曲率和主方向的方法,求出镜片初始模型上各点的曲率差和最大曲率方向、最小曲率方向,通过迭加由不同曲率、不同轴向微小柱面构成的自由曲面,来实现逐点定向曲率补偿,使镜片各点的曲率差适当减小,从而减小散光。给出具体优化步骤和一个优化设计实例,并进行实际加工制作与检测。对比优化前后的光焦度和散光度的面形分布图。结果表明,逐点定向曲率补偿法能有效减小渐进多焦点镜片初始模型的最大散光并明显扩大视远区清晰视觉范围。     

红外双波段双层谐衍射光学系统设计

将谐衍射透镜应用在传统红外单波段佩茨瓦尔(Petzval)物镜上,设计得到工作波段处于3.4~4.2μm和8~11μm的红外双波段单层谐衍射光学系统。但单层谐衍射元件的衍射效率只在设计波长处衍射效率最高,随着波长相对设计中心波长向两侧偏离,主衍射级次的衍射效率逐渐下降。为提高含单层谐衍射元件光学系统的衍射效率,基于双层衍射元件衍射效率表达式研究了双层谐衍射元件的结构优化,给出了优化方法。设计出佩茨瓦尔型红外双波段双层谐衍射光学系统,其在3.4~4.2μm和8~11μm两个工作波段的衍射效率均达到90%以上,相比含有单层谐衍射面的光学系统衍射效率有了很大提升,提高了像面衬比度,完善了系统成像质量。     

一个可完全自动绘图的光学设计软件——OCAD光学设计软件包

介绍一个光学设计软件包(OCAD软件包),该软件包可以根据光学设计数据执行我国一系列国家标准和国军标,自动绘制光学系统图及各种零部件(包括棱镜)图.绘出的光学图纸标准、实用、准确,可直接用于生产加工,免除了以往使用Auto CAD等各类绘图平台绘图的繁重手工劳动.该软件包还能直接使用国内外其他光学设计软件的数据文件或生成用于其他光学设计软件的数据文件.     

数字高速分幅相机中光学分幅系统的设计与分析

使用光学辅助设计软件ZEMAX设计了用于四通道数字高速分幅相机的光学分幅系统,并结合机械设计软件SOLIDWORKS,在ZEMAX的非序列模式下建立了光学分幅系统的三维立体仿真模型。成像质量达到了衍射极限,动态极限空间分辨率为16lp／mm。模拟分析结果表明成像质量理想,符合设计要求。     

大视场红外同心光学系统的设计

研究了同心光学系统的成像特性以及设计方法,分析了厚透镜的成像理论。设计了工作在3．7～4．8μm、视场15°的红外同心光学系统,该系统具有接近衍射极限的成像质量。对红外同心光学系统各个视场的传递函数进行了测试,结果表明该系统具有较好的成像质量,且成像特性和同心光学系统的成像原理是一致的。     

折射/衍射红外光学系统的消热差设计

研究了衍射光学元件的温度效应以及混合光学系统的消热差设计方法 ,给出了视场4 .2°、冷光栏效率 10 0 %、温度范围在 - 30～ 70℃的红外折射 /衍射混合消热差系统的设计结果     

小轻型CCD遥感相机全反射光学系统设计

利用三反射镜的消像差理论 ,进行了一种小轻、大视场的全反射系统的设计。该系统通过同轴设计、离轴使用 ,使筒长达到 f′/7～ f′/9,视场达到 3°以上 ,遮光比在 6 %以下 ,像质达到衍射极限。这种系统特别适于长焦距遥感 CCD相机的应用。     

i线投影光刻曝光系统的光学设计

叙述具有同轴对准特性的光学投影物镜双远心结构和均匀照明光学系统原理。为了满足ｉ线光刻所需的光学传递函数要求，讨论了光刻分辨率和数值孔径的关系。设计了一种新的双远心投影物镜，其数值孔径ＮＡ＝０．４２，放大倍率Ｍ＝－１／５，像场尺寸１５ｍｍ×１５ｍｍ（直径２１·２ｍｍ），共轭距Ｌ＝６０２ｍｍ。用光学设计程序ＺＥＭＡＸ－ＸＥ计算此ｉ线物镜的像质。设计结果说明，整个视场内波差＜λ／４，ＭＴＦ＞０．５５，当空间频率为７１５ｐａｉｒｌｉｎｅｓ／ｍｍ，使用波长为３６５士３ｎｍ时。可以实现０．７μｍ光刻分辨率；照明均匀器，由８１个小方型透镜组成一方列阵。用本文模拟计算软件ＯＰＥＮＧ计算被照像平面上的光能分布，说明实际系统的照明不均匀性为土２％。     

强度调制型光纤传感器的补偿技术

采用光桥平衡技术可实现对强度调制型光纤传感器系统不稳定因素的补偿。文中给出透射式和反射式两种改进方案，对其进行了较详细地分析，提出的反射式光桥补偿的结构具有简单，可靠，实用的特点，实验结果与理论分析相一致，取得较好的补偿效果。     

用于海空目标成像的水下超广角光学系统设计

分析了水下超广角成像光学系统的设计特点。基于鱼眼镜头结构,设计了相对孔径为1/2,水下全视场为105°,焦距为6.8mm,光谱响应范围为可见光波段,采用同心球面罩的水下光学系统。该系统在空气中的全视场MTF在空间频率40lp/mm时均高于0.8;在水中时,在40lp/mm时,均高于0.4,能够满足水下光学系统对整个半球空域海空目标成像的要求。     

头盔显示器的光学设计方案

本文介绍了几种头盔式显示器的光学设计方案,并从提高系统的分辨率、对比度,重量等各方面作了比较。     

自由曲面光学系统设计及其应用

介绍了自由曲面光学系统研究背景,自由曲面描述方法,光学设计中的逐步逼近优化和像质自动平衡优化两种算法。并以实际应用中的头盔光学系统设计及大视场、高分辨率头盔显示器的设计为例对这些方面进行分析,讲解了自由曲面光学系统设计及其应用。     

Crosstalk-Free Condition for Land/Groove Recording of Optical Discs

A simple equation which gives the crosstalk-free condition for land/groove recording of optical discs is deduced. Making use of this equation, the groove depth which minimizes the crosstalk from adjacent tracks is easily calculated. For simultaneous suppression of both the on-groove crosstalk and the on-land crosstalk, two practical approaches are proposed for the phase modulation discs. This equation is also of use in the signal estimation of optical discs.     

双面菲涅耳聚光镜设计

为了减小光伏发电聚光系统的轴向尺寸,使聚光系统的厚度更薄、质量更轻,讨论设计了一种透射式双面菲涅耳聚光镜。通过设计,使光线在通过双面菲涅耳聚光镜的前表面环带后进入相应的后表面环带,减少了光能损失,使太阳能电池获得的能量密度更高。推导并给出了双面菲涅耳透镜的后表面环带设计公式。用光学设计软件Light Tools模拟了双面菲涅耳聚光镜的光学能力,并对模拟结果进行了分析评价。给出了一个口径为200 mm,焦距为120 mm,F数为0.6的双面菲涅耳聚光镜设计实例,在波段为380~760 nm,太阳张角为0.55°时,聚光系统的聚光效率达到85%,与相同口径相同焦距的传统菲涅耳透镜相比,聚光效率提高了21.1%。     

有机薄膜光盘的微区结构

通过光学显微镜（ＯＭ）扫描电镜（ＳＥＭ）和扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）观察了光记录有机薄膜的微区结构，从微区结构的形貌可以看出光记录后酞菁薄膜上产生了鼓泡，通过这些观察方法的比较发现扫描隧道显微镜可以提供更加详细，精确的三维参数，薄膜的微区结构研究对于分析光盘的性能，了解记录机理具有重要意义。     

A New Approach to the Design of Hybrid Lenses for Integrated Optics

The Fresnel lens is one of the most extensively studied components in both classical and integrated optics. This structure is free from axial spherical aberration, but is heavily affected by both off-axis and chromatic aberrations. The latter can be compensated by introducing a refractive component, whose chromatic behavior is the opposite of that of the diffractive lens. This hybrid refractive-diffractive structure, however, is not able to deal effectively with off-axis aberrations, namely, with coma. In this work, a novel methodology for the design of corrected hybrid lenses is proposed which allows for correction of both chromatism and coma. The design method is based on a ray-optics variational approach which provides a range of possible achromatic solutions. An optimization procedure is performed by means of a series of beam propagation method numerical calculations which make it possible to simulate the lens operation and thus to find the best solution.