紧凑型纯相位全息近眼三维显示

提出了一种紧凑型纯相位全息近眼显示方法,避免了4f系统的使用且通过滤波可消除零级光和高级衍射光的干扰,能够实现近眼虚拟现实（VR）和增强现实（AR）三维显示。在进行全息图计算时,三维物体被分割成多层图像,利用每一层图像相对于投影透镜焦平面的距离和投影透镜的焦距获得该深度对应的补偿相位因子,采用迭代优化算法获得三维物体的纯相位全息图并在所提系统中进行显示。通过数值模拟和光学实验,证明了所提方法的有效性。     

基于全色全息透镜的增强现实系统

全息透镜是一种通过全息波前记录制作的成像元件.由于其形状因子小、波长和角度选择性等优势,在增强现实(augmented reality,AR)领域有着很好的应用前景.全色全息透镜的制作与成像过程分析是当前的难点.通过标量衍射理论推导了离轴全息透镜的共轭成像方程,分析了现有成像系统中的畸变和像散问题.此外,通过k矢量圆和光线追迹相结合的几何光学方法模拟了一个视场角为18°,眼盒为10 mm的AR系统,通过干涉曝光实验制作了全色全息透镜,其平均峰值衍射效率为56.7%,达到国际较高水平.将激光微投与全息透镜相结合,搭建了AR系统原型,得到了系统的畸变和像散效果实验效果,与模拟的情况相一致.并测量了系统的MTF参数,其清晰度基本满足人眼的分辨率需求.对于单色成像,提出了添加柱面透镜的方式,保证子午面和弧矢面的光焦度一致以消除像散;提出了设计自由形式的波前记录方式以消除畸变.对于全色成像,提出了记录过程中预先补偿的方法,以解决3个颜色通道之间图像不重合的问题.     

计算机制相位彩虹全息近眼显示

基于现有的相位空间光调制器,提出并实现了计算机制相位彩虹全息近眼显示.指出带限条件下物光在全息面上相位分布的计算及高频闪耀光栅纵向色散的控制是实现相位彩虹全息的关键要素.在计算相位彩虹全息图时,首先利用带限条件下的角谱衍射算法获取全息面上物光的复振幅分布,并利用双向误差扩散算法将复振幅分布编码为相位分布.然后,对参考光...     

PDMS基柔性近眼显示波导光学系统设计

针对近眼显示系统视场小、体积笨重、柔性差、量产性差等问题,文章采用在系统中加入自由曲面和聚二甲基硅氧烷(PDMS)基的设计方法.论述了柔性近眼显示光学系统的设计要求和工作原理,进行初始结构建立;分析了系统杂散光产生的原因,进行杂散光抑制设计;采用XY多项式自由曲面替换传统非球面,进行系统像差校正;采用柱面波导模拟波导弯...     

基于光波导的扩展眼盒全息近眼显示系统

全息近眼显示系统受到空间光调制器（SLM）空间带宽积的限制,光学扩展量一般较小,在保持适当视场（FOV）时容易出现眼盒较小的情况,使得用户观察到的图像容易出现缺失。基于二维表面浮雕光栅（SRG）和光波导的扩瞳作用,在适当FOV下,实现了眼盒的二维连续扩展。基于随机梯度下降算法,利用计算全息显示系统生成目标图像,利用目镜将之准直,再利用耦入光栅将其耦合进光波导内。利用光线在光波导内传播时遇到耦出光栅后部分光会被耦合出射、部分光继续传播的特性,系统在两个维度上对光束宽度进行了拓展,实现了扩展的眼盒。该系统与RGB彩色激光照明和SLM时分复用结合时可以实现彩色显示。实验证实,该方案实现了在38.6°FOV和20 mm的出瞳距下,大小为8 mm×6 mm的扩展眼盒,可有效解决用户观察到的图像易缺失的问题。     

头戴式光场显示技术研究进展

光场显示器旨在通过重建三维场景在不同方向发出的几何光线来渲染三维场景的视觉感知,从而为人的视觉系统提供自然舒适的视觉体验,解决传统平面立体三维显示器中的聚散调节冲突问题。近年来,多种光场显示方法被尝试应用到头戴式显示技术中。本文对头戴式光场显示器的最新发展进行全面概述。     

面向车载增强现实抬头显示的大幅面体全息光波导

增强现实抬头显示（AR-HUD）是下一代智能座舱的关键显示系统,能够极大地提升驾驶安全性和体验感。基于体全息光波导的AR-HUD具有光学系统体积小、能量利用率高等优势,是AR-HUD领域关注的重点。然而,传统基于棱镜耦合的双光束曝光方法实现大幅面体全息光波导的制造极具挑战性。从体全息光波导的曝光参数出发,在矢量球中基于光栅简并理论给出了非全反射条件下体全息光波导曝光的参数设计方法,设计并搭建了一套大幅面体全息光波导自动化拼接曝光系统,制作了幅面尺寸为130 mm×270 mm的大幅面体全息光波导,并给出了增强现实显示效果。     

增强现实环境下的CPS虚拟装配系统研究与实现

基于双目视觉原理，利用Unity3D游戏引擎开发了一种增强现实环境下的信息物理融合(cyber-physical systems, CPS)虚拟装配系统。通过研究快速定位算法识别特征标记点建立虚拟模型与实物装配单元的配准关系，融合虚拟模型投影图像与实物装配体图像实现虚拟装配仿真，实时输出在视频眼镜结构中显示。经过试验验证，该系统满足CPS实时性、稳定性以及信息世界与物理世界融合的要求。     

介质掺杂近零媒质中光场增强效应及其应用

电磁场的汇聚与增强是电磁学中一个重要的研究内容,具备场汇聚与增强特性的电磁(光学)器件在高方向性电磁天线、激光点火、光学调控等方面有着广泛的应用前景.目前,电磁场增强的途径主要有两种,一是采用构造人工电磁材料结构以实现辐射方向的控制和能量集中,其次是采用具有高介电常数或高磁导率的材料来实现电磁场增强,但是上述两种方式应用在光学波段具有一些局限性.本文基于光子晶体掺杂理论,通过介质掺杂近零媒质的方式成功实现了光场增强功能.理论分析和数值仿真计算表明所设计的结构能够显著实现场强增强,并适用于微波至光波波段,应用频谱范围很宽.作为应用探索,本文还设计了一款工作在270 nm波长的紫外光波段点火装置.上述工作为新型电磁(光学)器件的研制提供了新的思路.     

微米光子回路中能量的荧光显示与调节

基于弯曲的罗丹明B(rhodamine B)掺杂聚合物微米线,搭建了Y型分束器、微米线-环形腔耦合结构等典型微米光子回路;采用锥形光纤耦合的方式,将光能量导入回路并在微米线中激发荧光;通过移动锥形光纤增加光的传输距离,分析能量的输出强度与传输长度之间的关系。研究发现,通过激发出的荧光光路强度,可显示回路中的能量沿微米线轴线周期性地衰减振荡,并在微米线弯折处发生相位跃变;回路输出端能量随传输距离的增加呈周期性变化,且在半个周期内,可将Y型分束器分光比从1.3调节到2.4(<2μm),使耦合结构中单个输出端的强度峰谷比达到2.1(<6μm)。利用锥形光纤耦合激发出的荧光,可在远场直接显示回路的能量传输状态,并在传输距离改变时对能量的耦合情况进行实时反映,实现回路输出性能的大范围调节,为复杂微光子器件的搭建及性能调节提供了一种直观、简便的方法。     

近紫外非相干宽带腔增强吸收光谱应用于Cl原子启动的光化学反应过程中OClO及CH2O的探 (cited: 3)

OClO是Cl原子活性的一个重要的指示剂,对OClO的检测有利于更好的理解Cl原子的化学反应过程及其对沿海及工业污染地区空气质量的影响. 本工作建立了一套基于氙灯的近紫外(335～375 nm)非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于烟雾箱中OClO的定量测量研究,同时测量了反应过程中重要的中间产物CH₂O及大气中重要的痕量气体NO₂. 结果表明,非相干宽带腔增强吸收光谱可应用于实验室大气卤素化学方面的研究.