提出了一种新型单帧彩色复合光栅投影的实时三维测量方法。采用三帧具有π2的相移正弦条纹分别编码到红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三个颜色通道中，组合成单帧彩色复合光栅，当该彩色复合光栅投影到待测物体上，仅需获取单帧彩色变形条纹并从中分离出相应的具有π2相移的三帧单色相移变形条纹，由于不同颜色通道之间存在颜色串扰以及色度不均衡问题，采用最小二乘法对分离出的三帧单色相移变形条纹直流项进行背景一致性校正，从而获得三帧校正后的单色相移变形条纹，运用所建立的三维重构物理模型，即可恢复物体的三维形貌。实验验证了该方法的可行性和实用性。进一步的实验表明，该方法的测量精度优于传统单帧彩色PMP。因为所提方法仅需一帧彩色复合光栅即可恢复物体的三维形貌，在实时三维测量中具有很好的应用前景。
光学三维测量 实时三维测量 彩色复合光栅 颜色串扰 背景校正 3D measurement real-time three-dimensional measurement color composite grating color crosstalk background correction
传统2+1三维实时测量方法需要投影两帧相移光栅加一帧背景光图像，提出了一种新型双色2+1三维实时测量方法，该方法仅需两帧双色光栅。事先编码两帧双色光栅，红色通道分别为相移量相差π的正弦条纹，蓝色通道为与正弦条纹直流分量等值的背景光，由此可以标定出彩色CMOS相机红蓝通道灵敏度之比。测量时按照上述方法编码两帧相移量差π/2的双色光栅并合成为重复视频，重复视频通过投影仪投影到待测物体表面，并利用彩色CMOS相机即可同步实时采集彩色变形条纹图视频。经计算机处理提取不同时刻的彩色变形条纹图序列，从而利用2+1算法实现运动物体实时在线三维测量。此方法利用红蓝通道能有效减少颜色串扰，并且只用投影两帧双色光栅，提高了测量的实时性。实验结果和分析证实了该方法应用于物体实时运动的可行性和有效性。
相位测量轮廓术 三维实时测量 2+1算法 双色光栅 相位算法 phase measuring profilometry 3D real-time measurement 2+1 algorithm bi-color grating phase calculation
1 国网安徽省电力有限公司经济技术研究院, 安徽 合肥 230071
2 北京航空航天大学合肥创新研究院, 安徽 合肥 230012
研究了纳秒脉冲光纤激光表面重熔对316L不锈钢组织、力学性能和耐磨性能的影响,分别采用三维激光扫描共聚焦显微镜、金相显微镜和扫描电子显微镜表征了重熔前后不锈钢的表面形貌、显微组织、拉伸断口形貌与摩擦磨损形貌。结果表明:重熔层从底部到表层可分为平面晶区、枝晶生长区和表面等轴晶区,激光重熔处理可将316L不锈钢的抗拉强度从580 MPa提高到710 MPa,不锈钢的表面硬度和耐磨性能也因此得到了显著提高。
激光技术 激光重熔 316L不锈钢 显微组织 力学性能 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 191601
1 南开大学泰达应用物理研究院和物理科学学院弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300457
2 信阳师范学院物理电子工程学院, 河南 信阳 464000
3 卢布尔雅那大学数学物理系, 斯洛文尼亚斯特藩研究所复杂物质系, 斯洛文尼亚 卢布尔雅那 SI-1000
随着激光加工技术和液晶取向工艺的发展,一种新型的基于飞秒激光直写的液晶面外区域定向技术问世。基于飞秒多光子光聚合激光直写技术制备出由聚合物条带构成的微结构,将其制成液晶盒,并充入不同种类的液晶,即可实现电光开关、磁光开关、光场调控等功能。每条聚合物条带的侧壁上都分布有表面浮雕光栅结构,使得液晶在聚合物条带通道内的定向成为可能。该技术不仅使不同区域内的液晶实现了物理隔离,还可以使液晶和聚合物实现完全的相分离。该技术快捷简单,在可调谐衍射光栅的实现、特殊光场的产生、光子晶体中的光场调控等方面具有重要的应用价值。
非线性光学 飞秒激光直写 聚合物条带 液晶 面外区域定向技术
南开大学 泰达应用物理研究院和物理科学学院, 天津 300457
为了解决液晶q波片制备过程中重复性差、方法繁琐、孔径限制的问题, 采用了一种基于紫外掩模曝光法和液晶面外区域定向技术的液晶q波片制备方法, 进行了理论分析和实验验证。搭建了紫外曝光系统, 制备了直径为2.54cm, q=1,夹角α0=0的大孔径液晶q波片。结果表明, 紫外掩模法构建的大孔径液晶q波片的自旋角动量-轨道角动量的转换效率可达到85%; 利用该波片实现了涡旋光、矢量涡旋光的产生和转换。基于紫外掩模法构建大孔径液晶q波片的方法具有成本低廉、制备工艺简单、速度快等优点, 可实现液晶q波片的批量化制作, 有利于液晶q波片走向商业化。
光学器件 液晶q波片 特殊光场 涡旋光 琼斯矩阵 optical devices liquid crystal q-wave-plate specific light field vortex beam Jones matrix
Author Affiliations
Abstract
1 The MOE Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, and TEDA Institute of Applied Physics and School of Physics, Nankai University, Tianjin 300457, China
2 Faculty of Mathematics and Physics, University of Ljubljana and Department of Complex Matter, J. Stefan Institute, Ljubljana SI1000, Slovenia
3 Faculty of Physics, Vienna University, Wien A-1090, Austria
4 Synergetic Innovation Center of Chemical Science and Engineering, Tianjin 300071, China
We develop a new method for smooth and continuous space-variant alignment of the liquid crystal medium in micro-patterned structures, which is based on a radial micro-structured pattern of polymeric ribbons exhibiting out-of-plane orientation with respect to the ITO-coated glass plates. Thanks to the broad range of electrical tunability of the optical retardation for the micro-patterned liquid crystal structures, transformation of the fundamental Gaussian beam into different types of specific beams, including generalized cylindrical vector beams, vortex beams, and vectorial vortex beams, is efficiently demonstrated.
050.4865 Optical vortices 230.3720 Liquid-crystal devices 220.0220 Optical design and fabrication Chinese Optics Letters
2017, 15(7): 070501
