1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 天津津航技术物理研究所，天津 300309
减反射微纳结构表面具有宽光谱、宽角度抗反射的优异光学性能，在光电池、光探测领域有广阔的应用前景。但微纳结构表面的周期结构单元微小，容易受到外界环境影响而损伤。为增强微纳结构表面微纳结构单元的机械稳定性，提出并制备了复合网栅减反射微纳结构表面，在硅基底上构建氧化硅复合网栅结构，实现了对内部微纳结构单元的保护作用。经过光学反射率测试，所制备的复合网栅微纳结构表面在3~5 μm宽谱段、0°~40°宽角度内的平均反射率小于4%。此外，利用胶带剥离法测试网栅结构对微纳结构的保护作用，实验结果表明，带有网栅结构的微纳结构形貌并未产生损伤且减反射性能保持良好，最终证明设计的网栅结构具有力学保护性能。该研究将有助于推动微纳结构表面在高精度光学探测领域内的应用。
减反射微纳结构 复合网栅结构 光学性能 力学保护 光学学报
2023, 43(16): 1623024
长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
利用原子层沉积技术共形生长的特点,同时利用自组装掩模刻蚀技术,在单晶硅基底上制备了具有低深宽比和满占空比特点的Al2O3-Si复合微纳结构表面。光谱反射率测试结果表明,在底端满占空比、微结构深宽比接近1∶1的情况下,入射角在8°时复合微纳结构表面在3~5 μm谱段的平均反射率小于3.5%。纳米压痕测试结果表明,Al2O3-Si复合微纳结构表面的弹性恢复率较单一硅基底结构增加10.14%,证明沉积氧化铝薄膜具有提升抗反射微纳结构力学性能的作用。
薄膜 复合微纳结构表面 氧化铝原子层沉积 中红外抗反射 弹性恢复率 光学学报
2022, 42(10): 1031001
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国移动通信集团吉林有限公司政企事业部, 吉林 长春 130033
子午型龙虾眼透镜较方孔型龙虾眼透镜具有更好的聚焦能力,为了研究子午型龙虾眼透镜反射表面的特征对X射线聚焦成像特性的影响,基于棱镜展开原理,建立了子午型龙虾眼透镜的光线追迹算法,并基于菲涅耳反射原理,分析了膜层材料、膜层厚度及膜层表面粗糙度对不同能量X射线聚焦特性的影响。研究结果表明,子午型龙虾眼透镜对X射线的聚焦能力主要取决于反射表面的传递效率,传递效率由选用的膜层厚度与粗糙度决定,同时受到通道锥顶角的调制。同时,X射线的能量决定了子午型龙虾眼透镜的有效物方孔径角,透镜视场与有效物方孔径角的匹配也会影响子午型龙虾眼透镜的聚焦能力和焦斑分布。
X射线光学 子午型龙虾眼透镜 棱镜展开原理 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0634001
1 中电海康集团有限公司研究院，浙江 杭州 310000
2 长春国科医工科技发展有限公司，吉林 长春 130000
3 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130000
机器视觉镜头参数要求有别于其他镜头，为了保证测量精度，要求镜头的光学畸变很小甚至接近零，有的工作场合还要求有很宽的工作距等。设计一种机器视觉镜头，使用8枚球面镜片，采用固定后组，移动前组的调焦结构，实现了在空间频率120 lp/mm处，工作距从无穷远到超近摄0.1 m时，镜头畸变小于0.1%，MTF全视场大于0.4的性能要求。光学系统后组使用了两枚镜片，与后组只有一枚镜片的架构不同，不仅提升了光学性能，还有利于系统的平衡及稳定。整个光学系统没有非球面，也没有高折射率或高阿贝数的特殊玻璃，均为常见的冕牌玻璃和火石玻璃，降低了镜头成本,镜片加工及组装公差范围内量产优良率达90%以上。该镜头光学系统可广泛应用于机器视觉尤其是智能机器视觉行业。
机器视觉 低畸变 光学镜头 光学设计 宽工作距 machine vision low distortion optical lens optical design wide working distance
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学先进光学设计与制造技术吉林省高校重点实验室, 吉林 长春 130022
本研究采用严格耦合波分析法设计具有宽带广角抗反射特性的ZnS MS材料的蛾眼亚波长周期微纳结构。基于严格耦合波理论, 控制周期尺寸小于入射波长与材料折射率的比值, 实现高级次衍射波为倏逝波, 以提高蛾眼结构宽带抗反射效率。采用时域有限差分法分析蛾眼结构周期、底端直径、结构高度和顶端直径对光谱透过率的影响, 并对4种结构参数进行优化。此外, 还选取可见光、近红外和中红外三个特征波长进行宽角度入射的电场分析。研究结果表明：在短波范围内, 蛾眼宽角度抗反射性能取决于结构表面的减反射和前向散射的能力; 而在长波范围内, 蛾眼结构被视为ZnS MS平面膜层, 其光谱特性主要受Fabry-Perot干涉影响。该研究为不同波段宽角度蛾眼结构设计提供了理论依据和设计方法。
光学设计 亚波长结构 蛾眼超表面结构 时域有限差分法 光学窗口
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
龙虾眼透镜作为一种特殊的透射式反射聚焦元件, 在X射线等高能领域具有重要的应用价值, 并在可见光、红外波段具有潜在的应用前景。为提高龙虾眼透镜的成像质量, 从理论方面分析了变周期闪耀光栅的衍射干涉因子以及衍射场情况, 利用变周期闪耀光栅对龙虾眼通道内壁进行微整形, 并且对经过微整形之后的一维龙虾眼结构进行了聚焦光场分布计算。通过与之前结构的仿真对比, 结果表明: 焦距为100 mm时, 有效半口径为95 mm的现有结构在焦面处的弥散斑直径由10 mm减小至1 mm, 光能集中度由75%增大至89.62%, 并且在不同入射高度下焦平面处的光斑直径以及光能集中度均有提高。
X射线 变周期光栅 龙虾眼 光能集中度 衍射效率 X-ray variable period grating lobster eye light energy concentration diffraction efficiency 红外与激光工程
2018, 47(3): 0310002
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
龙虾眼光学是解决大视场高能射线聚焦的关键技术。从成像光学的视角考察了龙虾眼光学系统的成像原理，制作完成了基于Schmidt结构的改进型龙虾眼光学透镜原理样机，并对该系统在可见光波段的性能进行了测试。该龙虾眼透镜由厚度为300 μm的抛光铝板作为反射工作面，反射面成扇形排布，并具有完全对称的球形结构；反射面间夹角由特殊加工的角间距27.6′的楔板保证。原理样机的有效焦距为65 mm，中心张角为17.48°×17.48°，其在空间各个方向上的成像能力几乎相同，可以满足空间大视场探测系统的任务需求。
龙虾眼透镜 大视场探测 全反射成像 可见光测试 lobster eye lens large view detection total reflection imaging visible light testing 红外与激光工程
2015, 44(12): 3610
长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
传统激光雷达系统中，固态激光光源的重复频率和扫描系统的扫描带宽、精度均制约着系统成像。为提高激光雷达的成像精度，首先，在激光光源上采用经EDFA放大后的DFB高重频激光光源。其次，提出了一种PZT与振镜相结合的两级复合式激光扫描方法，利用PZT对小视场范围进行精细扫描，利用振镜对PZT的扫描视场和接收视场进行偏转完成粗扫描，在提高激光雷达扫描精度的同时拥有较大的扫描视场。最后，经试验所设计的复合式扫描激光雷达的方位角为±99 mrad，俯仰角为±49.5 mrad，角分辨率达到0.1 mrad，测距精度达到0.159 m。
激光雷达 视场拼接 振镜 laser radar field joint galvanometer 红外与激光工程
2015, 44(11): 3270
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
龙虾眼光学系统具有仿生龙虾眼睛的独特球形微通道结构, 使得龙虾眼聚焦系统在高能射线领域能够获得前所未有的大视场与能量获取能力。目前对于龙虾眼结构的研究主要集中在 X射线领域, 但基于同样反射原理聚焦的光波段龙虾眼光学系统, 对于解决红外材料受限问题以及大视场高敏感性探测问题具有潜在广阔的应用前景。文章介绍了仿生龙虾眼光学系统的研究发展状况, 仿生龙虾眼光学系统的结构形式种类, 以及应用于红外波段的龙虾眼光学系统的实验室可见光验证实验结果等问题。
龙虾眼 反射型重叠像 复眼 微通道 红外波段 lobster eye super position image compound eye microchannel infrared band
