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。     

一种提高波前空间校正能力的组合变形镜自适应光学系统

提出了一种利用光学共轭关系,实现多变形镜空间匹配从而提高波前空间校正能力的自适应光学系统方案.通过理论分析给出了组合变形镜的面形描述方法,在此基础上建立了一套基于由两块相同方形排列变形镜构成的组合波前校正器的完整自适应光学实验系统.通过数值仿真研究了该系统对前35阶Zernike像差的校正效果,并且通过实验对比了组合变形镜和单一变形镜对实际静态像差的闭环校正效果.结果表明组合变彤镜可以等效为一多单元变形镜,在直接斜率控制算法下正常稳定闭环工作,校正效果明显优于单一变形镜.组合变形镜技术通过空间匹配实现了增加波前校正器驱动单元数和等效交连值,有效地提高了对波前的空间校正能力,因此可以代替高成本的单一多驱动器变形镜用于自适应光学系统中高阶像差的校正.     

晶圆级超构表面平面光学研究进展(特邀)

超构表面是由亚波长结构单元组成,它可以利用微纳制造工艺在平面上制造出来。通过改变超构单元的形貌以及排列方式可以实现对光的精确控制,从而使超构表面实现多种光学器件的功能。超构表面平面光学器件具有超薄、超轻、可芯片级集成、易于大规模量产等优点,近些年来成为了微纳光子学里最热门的研究领域之一。基于紫外光刻工艺的晶圆级加工技术是未来实现超构表面光学器件大规模量产最可行的路线之一。本文综述了近些年来基于紫外光刻技术的晶圆级超构表面光学所取得的进展。这些研究工作在不同尺寸和材料的晶圆上实现了超透镜、偏振带通滤波器、半波片、完美吸收体、光束偏转器等光学器件。     

相变光盘分离式光学头设计

光学头是光盘存储系统的核心器件，分离式光学头是把聚焦物镜和光学头的其他部分分离开来，以降低光学头可动部分的重量和体积，提高光学头的飞行速度，实现快速存取的目的。本文设计的相变光盘直接重写分离式光学头．具有结构简单，信号检出方便．易于装配等特点。     

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。     

近场光学在高密度存储中的应用

近场光学在高密度存储方面有着很大的潜力 ,使得近场光学存储近年来得到了广泛的关注。近场光学存储具有高密度大容量及可以利用许多已有相关技术等优点 ,预计近场光学存储密度能达到 7Gbit/ cm2 ;它还可以采用硬盘驱动器中的空气悬浮磁头技术和磁光存储中的技术等 ,使近场存储的研究和开发更加迅速。目前 ,近场光学存储主要有三种方案 :探针型方案、超分辨率近场结构、固体浸没透镜方案 ,这三种方案都是通过不同的方法缩小记录光斑来实现高密度的存储。介绍了近场光学存储的原理、研究现状及材料 ,并对三种近场存储方案的实现方法和发展概况作了详细的阐述 ,分析了这三种方案的优缺点     

可见/中波双波段共口径光学系统设计

为了提高光电探测设备目标探测与识别的能力,设计了一套可见/中波双波段共口径光学系统。根据实际工程经验总结了一套分段设计、组合优化的光学设计方法,通过合理地分配光焦度,分段选择合适的初始结构,再现了双波段共口径光学系统初始结构的设计过程;结合CodeV和TracePro软件量化了制冷型中波红外探测系统的冷反射现象,并且通过外场试验成像验证了分析结论的正确性。双波段共口径光学系统最大视场达到1.25°,畸变小于0.1%,可以在环境温度?30 ℃～50 ℃下工作,中波红外探测系统实现了100%冷光阑匹配,可见光探测系统可以实现大、小视场的切换,双波段成像系统具有调焦、调光功能。该系统成像质量良好、可加工性好、装配难度小、工程可实施性强。     

装配后泡沫质量的表征技术北大核心CSCD

作为柱腔填充材料,泡沫材料在装配后的形变特征是重要参数,需要精确表征。光学于涉技术可以获得样品表面以下l～2mm深度内的层析结构图像,进而获得相关形变特征信息。利用光学干涉技术开展了对柱腔内泡沫质量的表征研究。搭建了一套基于低相干光源的光纤干涉系统,得到了装配后泡沫的二维和三维内部结构图像,空间测量分辨率好于10μm。通过泡沫图像检测出萃取后存在表面或内部形变的泡沫样品,为装配后泡沫质量的表征提供了依据。     

纳米级面形精度光学平面镜加工

为实现纳米级面形精度光学平面镜的高效精密抛光,提出了一种由传统环带抛光技术和先进离子束抛光技术相结合的组合式加工方法。介绍了环带抛光技术和离子束抛光技术的原理,通过实验研究了离子束抛光的材料去除函数,并采用这种组合抛光方法对口径为150 mm的平面镜进行抛光,抛光后平面镜的面形误差和表面粗糙度分别达到1.217 nm RMS和0.506 nm RMS。实验结果表明,这种组合抛光技术适合纳米级面形精度光学平面镜的加工。     

拼接式光学窗口装配关键技术研究

对拼接式光学窗口组件的结构特点作了介绍,分析了影响拼接式光学窗口性能的主要装配因素,并从装配齐平性及微应力装调两个方面出发,开展了装配关键技术研究,通过计算分析及参数量化工艺措施解决装调技术难题,获得了装配后外形齐平性≤0.2 mm,装配后应力≤50 nm/cm的高精度、微应力装调效果,满足光学分辨率及高速飞行使用要求。     

光纤中的集成光学与离散光学

光纤集成光学和离散光学有望成为光子学集成的一个新分支。这种集成技术可以通过离散的方法方便地在一根光纤中控制和操纵光波,也为集成光学与离散光学的研究提供了一个灵活方便的平台,为微光子器件和系统集成提供了一种有效的方法和手段。文章简要总结了在光纤内实现光学器件集成和微光学系统集成的主要思想和关键技术,探讨了离散光学需要考虑的核心内容,为该方向的进一步发展提供了若干前期的研究基础。     

基于微流控光学可调谐的渐变折射率特性研究

本文基于层流液体的对流扩散效应,提出了一种新型的具有渐变折射率分布特性并且可以实现调节的微腔流体透镜.利用有限元法分析微腔中芯层与包层流体在对流扩散过程达到稳定后的浓度分度,即混合流体的折射率分布,结果表明,分别调节芯层与包层流体的流速,微腔中的流体可以实现不同的渐变折射率分布.同时,本文还分析了即使考虑腔壁与流体之间的黏滞阻力因素,芯层与包层流体的流速组合依然是混合流体折射率分布的决定因素.应用微腔流体透镜的这种调节效果,可以实现不同要求的光束聚焦、分束、偏转等功能,在微流控光学检测系统以及微成像系统中有重要的应用.     

基于神经网络模型的光学计算

目前的电子计算机适于解决数字运算问题，但是在解决辨别、联想、推理等所谓随机问题方面的能力却远不如人的大脑．企图模仿人脑的解剖结构来设计计算机以解决随机问题，并利用光学的独特功能，这就是光学神经元计算机．据此，Ｈｏｐｆｉｅｌｄ提出了一种关联存贮模型（或称为内容存贮），即每个存贮状态不是按地址存贮，而是按内容存贮在整个神经网络系统上．光学由于具有内禀的并行性，特别适于实现这个模型．采用纯光学或光电混会方法，通过光学矩阵乘法，取阀值运算，反馈迭代过程，可以实现从有误差的输入信息中提取正确的关联存贮信息．利用全息技术，有可能实现二维数据的关联存贮．     

基于GUI的干涉衍射的实验教学研究

将Matlab用于光学教学,可以更好的解释光学现象的实质.实现了基本的干涉、衍射现象的干涉条纹及光强分布,并利用Matlab的GUI功能将这些干涉和衍射结合起来.在教学中,利用直观的图样,由图释义,在一个界面中可以比较各种光学现象.方便学生进行比较学习.     

一种新颖的实现冷原子囚禁的可控制光学六阱及其光学晶格

提出了一种利用单束平面光波照明二元π相位板与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学六阱的方案,计算与分析了该方案产生的光学势阱的光强分布和光学六阱的特征参数、强度梯度及其曲率,讨论了从光学六阱到双阱或到单阱的演化过程,研究表明通过改变二元π相位板上的相位分布,即可实现光学六阱到双阱或到单阱的连续双向演化.     

基于光学相关器的光学稳像器研究

为了突破传统电子稳像和机械稳像技术在处理速度、精度等方面的局限性,提出基于光学相关器的稳像技术,旨在实现对高速视频的实时高精度光学稳像。系统使用光学联合相关变换的方法,提取视频前后两帧变换后的相关峰,给出两帧的位移差值,通过改进后的补偿算法进行实时稳像。基于光学相关器的光学稳像器能够实现平移和旋转稳像,通过仿真和实验分析,平移稳像的精度可以达到0.1个像元（改进补偿算法后可达0.04个像元）,旋转稳像的精度可达0.1。     

低反射光学功能涂层材料的组成与反射特性研究

从光与涂层的作用机理出发,建立了涂层对特定波长光的反射率模型,系统分析了涂层中颜料、基料用量对涂层反射率的影响,并且对理论模型进行了实验验证,理论模拟曲线与实验规律相符。该模型可以为低反射率光学功能涂层的设计和制备提供理论上的指导。     

智能光学的概念及发展

智能光学是在主动光学和自适应光学基础上发展起来的新兴的概念。本文介绍了智能光学概念的提出和发展过程,并进一步明确和扩展了智能光学的概念和范畴。对智能光学的技术基础及其应用现状进行了总结和评述,主要包括动态光学调制技术、动态光学探测技术、智能光学系统等,涉及了天文、军事、空间、生物医学等领域中应用的望远镜、显微镜、激光器等光学系统和光学设备。最后,对智能光学的未来发展和应用前景提出了展望。     

光学综合孔径望远镜阵的光束组合器

光束组合器是光学综合孔径望远镜阵重要技术组成部分之一。从光束组合器所产生的光干涉条纹中提取中央条纹（主峰）相位和可见度信息，实现对望远镜状态、延迟线光程补偿与条纹跟踪，光束平行性伺服等进行精细馈控，从而高灵敏度、高效率地得到图像重构的闭合相位等数扭，最后获取高分辨率的目标图像。给出了一个用于光学综合孔径望远镜阵像面光束组合器方案的初步研究结果。     

BILED／BILD组合回路的光学逻辑运算

利用激光二极管或发光二极管混合双稳态回路(BILD/BILED)的组合,得到了光学多稳态,光学异或逻辑门和光学R-S触发器.这种光电子学的逻辑回路与大规模集成技术完全相容,因此有希望应用于光学信息处理,光通信和光计算.