3片独立自由曲面式LED汽车近光灯光学设计

为了使车辆驾驶员在夜间能够得到充足的照明,并且避免对面会车司机眩目,设计了具有明暗截止线的近光系统。根据GB25991 2010汽车用LED前照灯配光标准,尝试使用大功率白光LED和结构简单、光学利用率高的自由曲面反射镜（FFR)来实现前照近光灯的设计。以非成像光学为理论基础,建立了LED光源出射光角度和照明面上坐标的对应关系,结合折反射定律计算自由曲面上点的坐标。合理划分基础面,并优化调整各子面的面型数据,实现配光要求。采用3颗LED共同实现近光功能,每颗LED均有各自独立的光学系统。测试结果表明:设计的光学系统效率达到54%,且近光截止线清晰,满足标准对各测试点照度的要求。     

自由曲面光学虚拟制造与检测系统的探讨

自由曲面光学产品设计、制造与检测的工艺流程，通常采取试凑法逐次逼近。由于加工 检测 再加工，循环往复，既费时，成本又高，产生了瓶颈问题。为了解决此弊端，本文运用虚拟制造技术，提出光学虚拟制造的基本构想，即虚拟制造系统结构模型，给出光学系统虚拟原型的构成和光学系统成像质量虚拟检测系统的构成，讨论光学成像质量的仿真检测以及敏度分析方法。研究结果表明：运用虚拟制造与检测技术，可缩短研发周期，降低成本，优化工艺并提高产品质量。     

Cartesian oval representation of freeform optics in illumination systems

The geometrical method for constructing optical surfaces for illumination purpose developed by Oliker and co-workers [Trends in Nonlinear Analysis (Springer, 2003)] is generalized in order to obtain freeform designs in arbitrary optical systems. The freeform is created by a set of primitive surface elements, which are generalized Cartesian ovals adapted to the given optical system. Those primitives are determined by Hamiltonian theory of ray optics. The potential of this approach is demonstrated by some examples, e.g., freeform lenses with collimating front elements.     

自由曲面光学透镜注射成型误差因素研究

自由曲面光学透镜注射成型误差对其光学性能将产生直接影响。注射成型过程中，注射工艺参数组合的优劣，直接影响成型误差的大小。为了获得高精密度的光学元件，就热塑性塑料的注射温度、模具温度、注射压力、保压压力及保压时间等主要工艺参数，对注射成型误差的影响进行综合研究,并且进行了实验验证。研究结果表明：适当提高注射温度与模具温度，同时采用高压注射、高压保压以及快速保压工艺，可显著降低注塑工件的体积收缩率，显著提高面形精密度，其光学表面面形误差小于0.1μm。可为注射工艺设计提供合理的依据。     

大功率集成封装LED路灯透镜的光学设计

为了实现道路照明所要求的矩形光斑分布,以满足LED路灯照明系统的要求,依据光源特性和路面的光斑分布,通过折射定律建立透镜母线的斜率方程,根据该方程设计了用于矩形光斑分布的LED路灯透镜,采用正交优化方法,利用LightTools软件对所设计的透镜光学系统进行仿真比较研究,得到了一个矩形光斑分布的光学透镜。仿真结果表明,该透镜光学系统在高度为10m的照射条件下,照射面积为40m×10m的矩形光斑,均匀度为0.31。对有光斑尺寸要求的LED路灯透镜来说,该方法提供了一种简单有效的设计途径。     

50 nm分辨力极端紫外光刻物镜光学性能研究

极端紫外光刻 (EUVL)作为实现 10 0～ 32nm特征尺寸微细加工的优选技术 ,其光刻物镜的光学性能是实现高分辨图形制作的关键。利用光学设计软件CODEV对 6枚非球面反射镜构成的光刻物镜设计和光学性能分析 ,其分辨力可以实现 5 0nm ,曝光面积为 2 6mm× 1mm。结果表明 ,光学性能对曝光场点的依赖关系。在全曝光场中进行了光学性能分析 ,其最大畸变为 3.77nm ,最大波面差为 0 .0 31λ(均方根值 ) ,该缩小投影物镜完全可以满足下一代极端紫外光刻机的性能要求     

A novel long trace profiler for synchrotron radiation optics

Increasing demands for accuracy in manufacturing and utilizing optics in synchrotron radiation facility require more precise surface measuring techniques. A novel profilometer design for testing aspherical optical elements, especially the optics used in synchrotron radiation, is presented, in which a phase plate is introduced so as to generate a pattern on the detector that can be easily and accurately centered. Compared with conventional long trace profilers, the optical system of this novel design is simple, therefore its potential error sources are greatly reduced. The feasibility of the method is validated in theory and experiments with a newly developed prototype. Experimental results show that this prototype works well even under an opening operation environment without temperature control and air conditioning.     

基于自适应光学补偿的自由空间光通信系统性能研究

自由空间光通信在未来全球通信网中具有潜在的应用价值,然而自由空间光通信的性能易受大气湍流影响,而自适应光学能够解决大气湍流问题.在gamma-gamma分布大气湍流中,用自适应光学技术对自由空间光通信系统进行补偿,进行通信系统误码率的分析,给出了上行链路和下行链路的模拟结果.结果表明:自适应光学误差补偿技术能够很好地提高自由空间光通信的性能,并且低阶自适应光学补偿就能达到很好的校正效果.     

自适应光学曲率波前传感器的衍射理论及其方案分析

曲率波前传感器是自适应光学中的一种很有前途的新型波前传感器。在对衍射理论和几何光学进行近似的基础上,研究了曲率波前传感器的理论分析方法,分析了曲率波前传感器的光学方案和信号获取方法。结果表明,从曲率传感器输出的信号经放大后可直接作为力或弯曲力矩施加到反射镜上,而不需要任何复杂的计算。变形镜可自动地向满足泊松方程的表面形状会聚。利用曲率传感器与双压电晶片反射镜的结合,有望获得一种低价、快速闭环控制的系统。     

Optical design of a freeform TIR lens for LED streetlight

Secondary optics is a critical component determining the output efficiency and light distribution of the LED streetlight. A good roadway illumination requires the LED streetlight have a rectangular light pattern just cover the roadway and without excess spill light creeping into yards and shining into windows of neighbor residents. The adoption of the unsymmetrical freeform optics with different light distributions along X and Y directions is necessary. The whole LED streetlight can be constructed if only mounts these LED modules on the planar PCB plate. The mechanism, thermal management, and the power control electronics of the LED streetlight become very simple. In this paper, an optical design approach of a freeform TIR (total internal reflection) lens for the LED streetlight is investigated. With these freeform lenses, high output efficiency, even light distribution, and batwing far field beam angle distribution can be achieved.     

二元光学在光学观测轰炸瞄准中的应用研究

光学观测瞄准是大中型轰炸机主要的对地攻击瞄准方式,其光学系统一般采用望远式光学系统,这就要求光学系统能满足可见光和近红外光两个光谱波段。根据国内大中型轰炸机光学观测瞄准系统的主要缺陷,结合光学观测瞄准的实际,探讨了基于二元光学的光学观测系统的组成结构和瞄准原理,分析了可见光波段混合目镜的光学性能、谐衍射物镜的衍射效率以及近红外光波段光学系统的像质,推导了横偏棱镜调平误差引起的瞄准误差的数学表达式,并对设计的合理性进行了验证。     

用于轴对称的两级光学聚光器的非成像二次反射镜

本文给出了一种用于轴对称的两级光学聚光器的非成像二次反射镜(non-imaging secondary, NIS), 的工作原理. 在一般的情况下, NIS是由并不限于常用的二次曲线或复合抛物线的高次曲线围绕一次反射镜的中心轴旋转而形成. 本文讨论了确定这样一种曲线的待定系数的求解方法. 在举例的计算中, 除了运用常用的二次曲线, 还特别运用了光学中至今从未用过的三次方曲线, 用以说明NIS可以由一般的高次曲线给出. 作为一个特例, 我们也讨论了新的光学元件在太阳能聚光方面的应用, 在这些应用中, 本文着重讨论了NIS在太阳光的盘面效应的影响下的聚光效果. 关键词： 非成像光学 二次反射镜 聚光光伏 高次多项式     

自适应光学中的非等晕性

本文讨论了自适应光学中非等晕域对补偿效果的影响,提出了一种减小非等晕性误差的新方法—位相梯度法。分析结果表明,该方法可显著增大有效校正的角范围,使非等晕性误差的影响大大减小。我们预期位相梯度法有望解决自适应光学中信标的非等晕性问题。     

实现在不同场合中LED均匀照明的方法研究

 LED自身的发光特点限制了其在照明领域的应用,如何合理分配LED的能量,在目标面上形成理想的照度是一个值得研究的问题。就不同应用场合下如何进行光学设计进行分析,通过采用非成像光学设计中光学扩展度守恒方法得到透镜的方程,分别实现圆形均匀照明和矩形均匀照明,其中圆形照明面照度均匀性达到85%,矩形照明面照度均匀性达到75%,并建立了自由曲面透镜三维模型,结合Tracepro进行光线追迹。仿真结果表明：提出的方法满足相应的照明标准,验证了理论设计的合理性。     

Geometrical Optics in Stationary Space-Times

The equations of geometrical optics in a stationary space-time are obtained making use of a decomposition of the metric such that the Maxwell equations take a form similar to the one they usually have in flat space-time. It is shown that if the space-time is not static, the light rays are not orthogonal to the geometrical wavefronts in this decomposition.     

用错位相位光栅产生的可调光学双阱

提出了用相位型错位光栅产生光学双阱的新方案.用平面光波(或TEM₀₀模式高斯光波)照射、正透镜聚焦,在透镜焦平面上产生的适用于冷原子或冷分子囚禁的多对可调光学双阱.计算和推导了双阱的光强分布、强度梯度以及光阱的几何参数与光学系统参数间的解析关系,研究了双阱到单阱三种不同的演化过程.同时还计算了光学双阱囚禁冷原子的光学偶极势和光子散射速率.研究发现,该方案不仅简单可行、操作方便,而且在原子物理、原子光学、分子光学和量子光学领域中有着广阔的应用前景. 关键词： 原子光学 相位光栅 光学双阱 冷原子囚禁     

利用相位差异技术校准非共光路静态像差

提出了一种用相位差异(PD)技术对自适应光学(AO)系统的非共光路静态像差进行校准的方法。相位差异技术通过采集焦面和离焦面的单帧或多帧短曝光图像来估算波前相位畸变,同时对目标图像进行恢复。在闭环工作条件下,自适应光学系统利用相位差异算法在线检测成像光路的静态像差,并将得到的像差系数转化为变形镜的初始化面形,从而补偿非共光路的静态像差。实验结果表明,校准后的成像质量显著提高,目标半峰全宽降低了约14%,系统残差降低了约72%。成像光路在线检测得到的系统残差与闭环回路实测残差的水平趋于一致,证实了相位差异技术应用于光学检测的能力。该方法具有在无需改变原有自适应光路以及高信噪比条件下便可精确解算系统像差的优点,是大口径光电成像系统较为理想的光学检测技术之一。     

Comparative assessment of optical performance for the optical design of HD-DVD micro objective lens with NA 0.65 using aspheric and freeform surfaces

A micro objective lens for HD-DVD with the Numerical Aperture (NA) of 0.65 at blue laser wavelength with clear aperture diameter of 1.5 mm has been designed on acrylic material using freeform surfacing method. Optical performance evaluation parameters have been compared with bi-aspheric surfaces based objective lens design. Freeform surface based design has higher degrees of freedom compare to conventional aspheric surfaces that can reduce aberrations significantly. Maximum RMS error is 0.003λ at 0.4° and maximum RMS radius is 0.027 μm while airy disk radius is 0.3803 μm for freeform surface based design. Hence single freeform surface based design can reduce the fabrication complexity and tooling time, at the same instance provides comparable performance with bi-aspheric surfaces based design.     

An Approach to Optical Reflection Tomography along the Geometrical Thickness

We propose and demonstrate a novel optical reflection tomography along the geometrical thickness. This technique is based on simultaneous measurement of refractive index n and thickness t of a sample using the combination of a low coherence interferometer and confocal optics. The interferometer provides optical coherence tomography (OCT) of the dimension of the optical thickness (=n × t) along the optical axis, while the confocal optics gives us another type of reflection tomography, having the thickness dimension of nearly t/n along the optical axis. This sort of tomography can be called confocal reflection tomography (CRT) and has not yet been demonstrated, to our knowledge. Simple image processing of OCT and CRT results in the desired reflection tomographic image, showing two-dimensional refractive index distribution along the geometrical thickness.     

基于单曲面迭代计算的曲面透镜设计方法

为在平面上实现所需的照明,满足照明系统的要求,需要对光学系统进行二次设计。传统的设计方法往往用规则曲面指定透镜的一个表面,并以此为基础来设计另个一表面,这样会导致其表面形状复杂,不方便加工或装配。对此,提出了一种基于单曲面迭代计算的透镜曲面设计方法,即适当设计指定光线从透镜的一个表面到另一个表面的光路分布,再以此分别迭代计算透镜的各个表面。该设计方法采用两个自由曲面配合成曲面透镜,较以往的设计方法更加灵活、方便,设计得到的曲面镜头较以往更加简单光滑,便于加工和装配。结合一陈列灯镜头设计,给出了基于单曲面迭代计算的曲面透镜设计计算结果。