1 中国科学院光电技术研究所环境光学研究院，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
LED阵列光源凭借其高亮度、长寿命及节能环保等独特优点广泛应用于医学、微纳加工、光学成像等领域，但其匀化系统存在光线准直难、可实现的照明光斑面积小等问题，难以在需要均匀照明的光学领域当中得到广泛应用。针对这一问题，提出了一种基于微透镜阵列的大面积LED阵列光源匀化方法。首先通过矩阵光学及近轴光学理论进行理论分析，然后利用lighttools软件进行系统设计及仿真实验，最终在像面上实现了大面积的均匀光斑。相较于以往最多可实现50 mm×50 mm的匀化光斑，该匀化系统可做到104 mm×104 mm、均匀度为87.375%的大面积规则的均匀光斑，该方法对医学、红外夜视、投影显示、航空照明领域等需要大面积均匀照明的系统有着重要意义。
光电子学 光源匀化方法 矩阵光学 微透镜阵列 大面积LED 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1525003
1 中国科学院光电技术研究所 环境光学研究院，成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
目前基于数字微镜器件的无掩膜光刻系统离不开高精度的检焦系统，单独设计的检焦系统不仅会增加全系统结构的复杂度，还会增加装调的难度。因此提出一种基于深度学习的检焦方法，通过调节光路使曝光焦面和相机成像焦面重合，仅根据当前所成的图像即可实现焦平面的快速自动检测。该算法由粗检焦和精检焦两步组成，粗检焦利用深度学习模型对相机记录的图像进行分类，仅需90 ms就可判断当前基片的离焦区间；精检焦利用清晰度评价函数计算图像清晰度值，结合搜索算法即可在粗检焦的基础上准确找到焦平面。用5倍聚焦物镜进行实验，在（-40 μm，40 μm）的离焦区间内，检焦精度可达2 μm，总用时不超过300 ms。仿真分析和实验验证结果表明，该方法具有结构复杂度低、检焦速度快、检焦精度高等优点，能够很好地应用于数字光刻领域。
数字光刻 自动检焦 深度学习 图像处理 Digital lithography Automatic focusing Deep learning Image processing
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
与传统成像技术相比, 光场成像技术能够利用光场中光线的传播方向信息, 采用计算成像的方式极大地提高成像系统的景深。而传统的光学显微镜分辨率越高, 景深越小。文章结合光场成像技术和传统光学显微镜, 通过在显微镜一次像面插入微透镜阵列, 提高显微镜景深, 实现光场的显微三维测量。该系统通过单次曝光即可获得光场的四维光场信息, 通过数字重聚焦技术和清晰度评价函数完成光场显微测量。实验结果表明, 基于微透镜阵列的光场显微测量方法是可行的。测量系统以牺牲16倍横向分辨率为代价, 将显微镜头景深提高了近100倍。
光场成像 微透镜阵列 数字重聚焦 深度提取 light field imaging microlens array digital refocus depth extraction
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
建立了多光束干涉场的光强分布数学模型,利用Matlab仿真计算了基于方位角、入射角和偏振角联合调制的四光束干涉光场。分析了光束方位角、入射角和偏振态的变化对多光束干涉的影响,阐释了非对称入射时光场中隔离带现象的生成原因。基于四光束干涉并采用s-s-s-s波的偏振态组合,使其中一束光的方位角旋转180°,并改变入射角,得到一种可用于制备高长宽比椭圆阵列的方法。实验结果表明,方位角、入射角和偏振角共同决定了光束的偏振矢量。由于方位角和入射角两个自由度的引入,非对称入射增加了干涉图案的多样性,使多光束干涉不仅局限于周期性圆孔阵、圆点阵的制备,也为制备多周期、跨尺度图案提供了理论参考。
激光干涉 非对称入射 偏振调制 跨尺度结构 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 192602
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对传统色散透镜的色散线性度很难保证为绝对线性,测量范围很窄的问题,且为了尽量减小球差尤其是对测量影响最大的轴向球差,提出一种将二元光学透镜引入到光谱共聚焦微小间距测量的方法。该方法中二元光学透镜的色散只与入射光的波长有关,且严格与入射光的波长成反比。二元光学透镜不存在球差问题且可以补偿校正测量系统中其他光学组件的未知色差。实验中选择510~690 nm范围内的光谱,利用分辨率为0.5 nm的光谱仪接收光谱信息,测得该方法的测量量程为13.95 mm,测量误差为0.6 μm,并通过对光盘上的刻录间距进行测量,验证了该方法的有效性。
测量 光谱 共聚焦 二元光学透镜 轴向色散 测距
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
传统的小孔球面波数字同轴全息受小孔的不确定度影响, 成像质量并不理想。本文提出一种产生均匀球面波得到宽视场高分辨的显微成像方法。激光经过扩束镜、显微物镜后聚焦成一个极小的光斑, 调节针孔阵列与焦点的距离, 针孔直径与焦斑相配形成理想球面波。照明被测物后, 透射球面波和物体散射的物光波形成干涉条纹, 由大靶面图像传感器采集。载物与不载物的图像相减去掉脏点和杂光干扰。菲涅耳逆变换重构算法恢复物体信息。生物实验证明, 均匀球面波数字同轴全息能够获得高质量显微成像, 视场范围3.22 mm×3.22 mm, 分辨率5.09 μm, 其快速、非接触、灵活的放大倍率可广泛应用于光学元件检测、材料识别、生物医学领域。
数字同轴全息 均匀球面波 生物显微 digital in-line holography well-distributed sphere biology microscopy
