Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
2 Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 519080, China
3 São Carlos School of Engineering, Department of Electrical and Computer Engineering, University of São Paulo, São Carlos, SP 13566-590, Brazil
4 e-mail: lianghw26@mail.sysu.edu.cn
5 e-mail: lijt3@mail.sysu.edu.cn
Stereoscopic microscopy is a promising technology to obtain three-dimensional microscopic images. Such microscopes are based on the parallax effect, and as such require two lenses to focus at two different points. Geometrical constraints, however, restrict their numerical apertures to about 0.2, thus limiting the system’s resolution. Higher numerical apertures () can be achieved with designs using only one bulk lens, but such systems are times more costly than the conventional ones. Thus, there is a pressing need for alternative solutions to improve the resolution of stereoscopic systems. Here, we show that high-resolution and low-cost stereoscopic systems can be obtained using birefringent single-layer metalenses. We design and fabricate a birefringent metalens operating at 532 nm with a numerical aperture as high as 0.4. The metalens is then used to demonstrate high-resolution stereoscopic imaging of biological samples. The microscopic images are further displayed and perceived vividly in an autostereoscopic display. Our demonstration paves the way to a new strategy to achieve high-resolution and low-cost stereoscopic microscopes.
Photonics Research
2022, 10(6): 06001501
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
双光栅光谱仪光栅转轴是用于固定和驱动两块共轴凹面光栅的重要零件, 其工作过程中出现的变形与振动现象均可能对双光栅光谱仪最终的波长测量结果带来影响。依据双光栅光谱仪的工作原理和实际工况, 确定其光栅转轴结构优化的主要目标为质心调整, 轻量化, 避免共振和减小凹面光栅的随机响应变形。为实现光栅转轴的多目标优化, 首先在UG中建立凹面光栅、光栅转轴及其固定结构的三维模型, 然后导入ANSYS Workbench进行模态分析与随机响应分析, 并针对其计算结果展开多目标优化。优化后, 光栅转轴回转部分的质心调整到回转轴上, 总质量由0.606 30 kg减轻到0.539 43 kg, 二阶固有频率从184.83 Hz增大到187.77 Hz, 凹面光栅Z轴方向最大随机响应变形从33.394 μm减小到27.147 μm。目前市面上常见的有限元分析软件均无法直接实现结构的质心调整, 作者将该目标的实现提前到三维建模过程当中, 并保证在后续优化过程中, 回转部分的质心只在其回转轴上移动, 从而使质心调整和轻量化等其他优化目标同时实现, 该处理方法具有广泛的借鉴意义。
光栅转轴 质心调整 轻量化 模态分析 随机响应分析 grating shaft centroid adjustment light weight modal analysis random vibration analysis 红外与激光工程
2017, 46(3): 0320001
山东大学 信息科学与工程学院, 济南 250100
针对仪表监控识别系统中仪表抖动、仪表外观特征不明显的情况, 提出了一种快速而准确的识别方法: 加入移动侦测, 用于检查仪表抖动, 确定是否需要在下次识别中进行字符重定位; 使用marker检测法对仪表的感兴趣区域(Region of Interest, ROI)进行定位。通过与传统识别方法(没有移动侦测、使用仪表原始特征定位ROI)进行对比, 新方法对仪表字符的识别速度和识别准确度有显著的提高。
图像处理 实时识别 移动侦测 定位ROI marker检测 real-time recognition motion detection locate ROI marker detection
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为满足高分辨率大相对孔径宽波段高光谱成像仪的要求，克服Offner光谱成像系统中凸面光栅加工的困难和改进型Czerny-Turner光谱成像系统相对孔径小的缺点，提出一种新型的基于平面光栅的大相对孔径Schwarzschild光谱成像系统，根据反射球面罗兰圆理论分析了该系统的像散校正方法，利用Matlab软件编制了初始结构快速计算程序。作为实例，设计了一个相对孔径为1/2.5，工作波段为400～1000 nm的Schwarzschild光谱成像系统。首先利用自己编制的Matlab程序计算初始结构参数，再利用Zemax-EE光学设计软件对该光谱成像系统进行光线追迹和优化设计，并对设计结果进行分析。结果表明，在整个工作波段内，点列图弥散斑的尺寸小于13 μm，实现了大相对孔径宽波段像差的同时校正，在宽波段内获得了良好的成像质量，满足设计指标要求，也证明了这种新型Schwarzschild光谱成像系统是可行的，其在航空和航天高光谱遥感领域具有广阔的应用前景。
光学设计 Schwarzschild光谱成像系统 高光谱成像仪 平面光栅 罗兰圆
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
为监测及修正紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)在发射以及在轨运行过程中的光谱位置的偏移，采用了一种全新的高精度在轨光谱定标方法。利用高分辨率参考光谱与仪器狭缝函数进行卷积，并将卷积结果与修正后的测量光谱进行匹配，建立了相关评价函数，计算参考光谱和测量光谱误差最小时的光谱偏移量。对于SBUS，利用此方法定标得出的光谱偏移量为0.10 nm。利用SBUS星上汞灯光谱验证了定标结果的最大误差为0.01 nm，满足仪器指标要求。实验结果证明了高精度在轨光谱定标方法的可行性及精度。
遥感 在轨定标 光谱定标 狭缝函数 卷积
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
空间高层大气遥感远紫外成像光谱仪主要用于观测高层大气中的远紫外辐射和实现对其内部中尺度现象成像的功能。目前我国该类的相关仪器研究基础还比较薄弱，针对这种情况，在光学系统设计的角度上给出了一种适用于130~180 nm波段探测的光学系统方案。该成像光谱仪光学系统以离轴抛物镜为物镜，串联Wadsworth结构为成像光谱系统；这种串联Wadsworth成像光谱系统采用离轴抛物镜做准直镜，分光器件为平面光栅和球面光栅串联，实现二次色散，同时球面光栅起到聚焦成像作用；在像差理论的基础上，对该结构的光程函数和各像差进行了分析，获得了改进结构的宽波段完善成像条件。针对低轨空间探测应用要求设计了相关改进型Wadsworth结构成像光谱仪光学系统，设计结果证明系统像差得到了充分校正，在奈奎斯特频率(20 lp/mm)下全视场全波段调制传递函数值在0.6以上。该优化结构同时具备高空间分辨率和高光谱分辨率，性能优越。
遥感 高层大气 成像光谱仪 远紫外 串联Wadsworth系统 像差校正
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 吉林大学机械科学与工程学院, 吉林 长春 130012
论述了地球临边及天底模式大气探测的原理，依据应用要求设计和研制出了具有全新探测模式的在近地球轨道能同时对地球临边和天底大气进行探测的紫外环形成像仪原理样机。该样机采用折反式光学系统，它的三个工作波段分别为285～295 nm、305～315 nm和350～360 nm，能实现地球临边（对应大气垂直高度0~120 km）多方位以及天底10°视场角内的成像探测，其探测数据被用于反演大气辐射多方位的空间分布及动态结构。最后对该原理样机的310、355两个通道进行了性能评价。结果表明，其空间分辨率和信噪比均达到设计指标要求，满足空间紫外遥感的应用。
成像系统 紫外环形成像仪 光学设计 紫外遥感 多方位成像探测 光学学报
2012, 32(12): 1211004
中山大学 光电材料与技术国家重点实验室, 广州 510275
为研究存在由近偶极-偶极相互作用诱导的局域场效应时超短强激光脉冲与稠密共振介质相互作用的特性,采用光与物质相互作用的半经典理论, 建立了稠密二能级体系中考虑原子间近偶极-偶极相互作用的修正光学Bloch方程, 并用四阶Runge-Kutta法数值求解了该方程。研究结果表明:局域场效应对稠密二能级体系中Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态性质都具有强烈的调制作用。并由此提出了调控稳态粒子数布居的两种方案。
激光物理 光学Bloch方程 稠密共振体系 近偶极-偶极相互作用 局域场效应 laser physics optical Bloch equations dense and resonant medium near-dipole-dipole interactions local-field effects
中山大学 光电材料与技术国家重点实验室， 广东 广州 510275
通过数值求解非线性薛定谔方程，研究了三阶色散效应对基孤子脉冲在单模光纤中传输的影响。结果表明，在三阶色散作用下，基孤子脉冲在传输过程中被展宽，峰值能量逐渐减小，脉冲形状发生畸变，脉冲的中心偏向一侧，并形成非对称的拖尾振荡结构；当与二阶色散共同作用时，三阶色散引起的脉冲振荡会变缓。考虑非线性效应后，在一定程度上补偿了由于色散效应导致的峰值功率的减小，同时抑制了非对称拖尾结构的产生。
光纤光学 基孤子脉冲 三阶色散 非线性效应 fiber optics fundamental soliton pulse third-order dispersion nonlinear effect
中山大学光电材料与技术国家重点实验室,广东 广州 510275
光码分多址(+OCDMA)系统的误码率是评价系统性能的重要指标,由于色散和非线性效应会导致超短光脉冲在光纤传输过程中脉宽的展宽,进而影响OCDMA 系统的误码率。在基于理想情况的OCDMA 系统误码率定义的基础上,研究了三阶色散和三阶非线性效应对系统误码率的影响,进一步分析了有硬限幅器和二维OCDMA 系统的误码率。结果表明,三阶色散和三阶非线性效应都会导致OCDMA 系统误码率的增大,但三阶非线性效应对系统性能影响没有三阶色散效应明显；在系统参数相同基础上,接收端引入光硬限幅器和系统采用二维编码均可优化系统性能。
光通信 光码分多址 三阶色散 误码率 激光与光电子学进展
2010, 47(5): 050602
