CRIN球透镜的光线轨迹方程式的研究

由于GRIN球透镜的光线轨迹为通过对称中心的平面曲线，所以本文研究了折射率呈二次抛物线型的GRIN球透镜在极坐标下的光线轨迹方程式。     

自聚焦平面微透镜的成像矩阵

利用普通光线方程对自聚焦平面微透镜的成像光线进行了分析;得出了微透镜的成像矩阵,给出了自聚焦平面微透镜高斯参量的计算公式;并与实验结果进行了比较,得到了满意的结果。     

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。     

层叠微透镜阵列光扩散片特性研究

提出了一种新型的层叠微透镜阵列光扩散片。在入射侧具有大口径低数值孔径微透镜阵列结构,在出射侧具有小口径高数值孔径微透镜阵列结构。分析了层叠结构对光线在视场内的扩散增益原理。利用光线追迹法模拟了微透镜高度、口径等结构参数对光学性能的影响。模拟结果表明,正面亮度随出射侧微透镜高宽比增大而增加,在入射侧增加一层高宽比在0.01～0.15的低数值孔径微透镜阵列,能够将正面亮度再提高3%～5%。实验测试结果表明其增益率可达40.06%,较单层微透镜阵列扩散片提高了4.2%。     

大视场曲面复眼光学系统设计

本文通过结构性设计解决了曲面复眼光学系统边缘视场像质难以提高的问题.该光学系统由7个相互独立的子复眼光学系统组成,各子复眼光学系统相互独立,其光线相互交叉.在系统中引入自由曲面透镜,自由曲面透镜相当于棱镜将微透镜阵列光线偏折,使同一子系统的微透镜成像于平的像面上.每个子系统包括一层微透镜阵列,一个自由曲面透镜,一光阑阵列和后续像差校正镜.相比较于传统的复眼系统,该结构对复眼边缘视场的像差校正能力更强,能很大程度地提高边缘视场的像质.该系统的理论视场可达180°,制造精密要求不高且适用性强.本文最后通过光学软件zemax对光学系统进行了模拟验证,证明其可实现性.     

聚焦透镜棒的色差分析

本文从光线光学出发,得到了聚焦透镜棒的色差方程式,对Tl-1,Cs-1,DAPMMA和CR39-8FMA聚焦透镜棒的色差作了数值计算,给出了色差方程在特殊情况下的解。 关键词：     

塑料梯度折射率透镜棒的色差

本文从光线理论出发,讨论了塑料梯度折射率透镜棒的色差,得到了M₁—M₂共聚体的一组色差方程式。并在五种特殊情况下讨论了色差方程式的解。     

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.     

应用哈密顿公式研究傍轴光学系统

论述用Ｌ定义光学的哈密顿Ｈ，并给出哈密顿公式的基本方程式，利用哈密顿方程式，在旋转对称的光学系统里追迹光线，并利用哈密顿公式得到折射面和透镜的简单结果。最后通过举例说明这个方法是可行的。     

原位成形光学微透镜的聚光性能研究

为解决荧光谱微检测系统中光学微透镜制作的困难,提出一种原位成形微透镜的制作方法,研究该微透镜的聚光性能,利用传统几何光学原理,分别推导出激发微透镜与检测微透镜的光线追迹方程,用该方程计算了2种微透镜的照射点分布几率,画出相应的分布曲线图,讨论了不同形状参数的微透镜对聚光性能的影响。研究结果表明,通过在光学胶中适当掺杂及打磨基底玻璃,可减小接触角,加大微透镜的形状参数,既能坚固透镜与基底间的粘接强度,又能提高微透镜的聚光本领。制作了使用原位成形光学微透镜的荧光谱微检测器,对生物荧光试剂进行了测试。实验结果表明,使用原位成形光学微透镜进行聚光,可使生物荧光谱强度提高4倍以上,通过在光学胶中掺杂以及打磨玻璃的办法,可以提高透镜的聚光本领约1.2倍。     

纳米半球微镜阵列结构对GaN基LED光提取效率的影响

为了分析表面纳米半球微镜结构对GaN基发光二极管（LED)光提取效率的影响,利用时域有限差分法(FDTD)分别对GaN、ZnO、SiO2、聚苯乙烯组成的半球微镜结构进行了分析和比较,同时用模式分析方法从理论上对FDTD计算结果进行了进一步验证。研究发现,在亚波长范围,折射率较小的材料不利于导模与表面结构层的耦合,不会对光提取效率的提高产生明显影响。相比之下,折射率较大的材料会使更多的模式耦合到半球微镜阵列层,更有利于光提取效率的提高;当材料选定,纳米半球半径增加时,光提取效率也逐渐增加,优化后半径为600 nm的半球微镜阵列结构GaN基LED,其光提取效率比没有结构的普通平板LED增强5.66倍,在以上波导材料结构中最为优化。在此基础上,通过等效折射率的计算得到半球微镜结构的等效折射率模型,并利用非对称平板模式分析的办法对以上得到的结论进行了分析和验证。这些结果对实际的高性能GaN基LED的设计与优化具有重要意义。     

Analysis of light out-coupling from microlens array

Microlens array has been known to be effective in enhancing the out coupling efficiency of LEDs, OLEDs and other thin film light emitting devices. However, mechanism of efficiency enhancement by use of microlens arrays is still ambiguous, apart from suggestions that it leads to randomization of photons. We have studied the photon dynamics in the presence of microlens arrays and the effect of various parameters e.g. microlens contact angle, absorption and substrate refractive index using ray tracing simulations. Microlens array leads to extraction of a portion of photons outside the escape cone at the cost of reduced extraction from within the escape cone. The reduced extraction from within the escape cone is compensated by multiple reflections from the back surface. Increase in microlens contact angle reduces the number of reflections required for out-coupling hence reducing the absorption in the device.     

Fabrication of PDMS microlens array by digital maskless grayscale lithography and replica molding technique

This paper presents a facile and effective method to fabricate microlens array in polydimethylsiloxane (PDMS). The microlens array model is fabricated in photoresist via digital maskless grayscale lithography technique and the replica molding technique is used to fabricate PDMS microlens array. A convex PDMS microlens array with rectangular aperture and concave PDMS microlens array with hexagonal aperture are fabricated. The morphological characteristics of the microlens arrays are measured by microscope and 3D profiler. The results indicate that the profiles of the PDMS microlens arrays are clear and distinct. This method provides a simple and low-cost approach to prepare large area, concave or convex with arbitrary shape microlens array, which has potential application in many optoelectronic devices.     

Fabrication and characterization of polydimethylsiloxane concave microlens array

Concave microlens array is fabricated with PDMS (polydimethylsiloxane) material. Resist thermal reflow method and reverse pattern replication method are employed to fabricate the concave microlens array. The optical performance of the PDMS concave microlens array is analyzed with ray-trace method. Profile of the PDMS concave microlens array is observed by metallographic microscope and Talystep. It is indicated by the results that the surface profile of the PDMS concave microlens array is clear and distinct. Optical properties are also tested with Beamprofiler system. The shine spots on the focal plane of the microscope objective are of highly uniformity, and essentially coincide well with the simulation result. The PDMS concave microlens array has potential application in many optoelectronic devices, such as diffusers and scanners.     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40 μm²、球面半径60 μm、单元间距1 μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90% 以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40μm2、球面半径60μm、单元间距1μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90%以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

光学微透镜阵列模压成形研究进展与展望

光学微透镜阵列在光学系统中的应用广泛,需求量大,而玻璃模压成形技术是最高效的微透镜阵列量产加工方法,具有精度高,一致性好,生产成本低等特点,有重要的应用研究价值。本文介绍了光学微透镜阵列的设计原理,模具制造技术,模压成形技术及相应检测技术;重点介绍了微透镜阵列模压成形试验与有限元仿真研究的最新进展;最后对微透镜模压成形发展前景进行了展望,包括微透镜阵列模压材料,模具表面镀层技术及超声复合加工技术在微透镜阵列模压成形中的应用等。     

基于微透镜阵列匀束的激光二极管面阵抽运耦合系统分析

为了提升高功率固体激光器中激光二极管(LD)面阵抽运场性能,采用几何光学和数理统计分析的方法,建立了基于微透镜阵列匀束的LD面阵抽运耦合系统的数学与物理模型,对微透镜阵列参数与最终耦合输出抽运场参数之间的关系进行分析,明确了微透镜单元F数、微透镜通光单元数以及微透镜阵列空间周期参数的设计原则.经实验测试,优化设计完成的LD面阵抽运耦合系统光场不均匀度为7.9%,耦合效率为90.7%.     

Fabrication of Refractive Microlens Array with no Dead Area

ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＲｅｆｒａｃｔｉｖｅＭｉｃｒｏｌｅｎｓＡｒａｙｗｉｔｈｎｏＤｅａｄＡｒｅａＣＨＥＮＢｏＧＵＯＬｕｒｏｎｇＴＡＮＧＪｉｙｕｅＺＨＥＮＨｏｎｇｊｕｎＰＡＮＧＬｉｎｇＴＩＡＮＷｅｉｊｉａｎ（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＯｐｔｉｃｓＲｅ...