Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
2 School of Computer Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Holographic head-mounted display (HHMD) is a specific application of holography. The previous conventional computer-generated hologram (CGH) generation method has a large redundancy and suffers from a heavy computing burden in the HHMD. A low redundancy and fast calculation method is presented for a CGH that is suitable for an HHMD with the effective diffraction area recording method. For the limited pupil size of an observing eye, the size of the area producing an effective wavefront is very small, and the calculated amount can be dramatically reduced. A numerical simulation and an augmented virtual reality experimental system are presented to verify the proposed method. 1.5% of the calculation consumption of the conventional CGH generation method is used, and good holographically reconstructed images can be observed.
090.0090 Holography 090.2820 Heads-up displays 090.1760 Computer holography Chinese Optics Letters
2016, 14(8): 080901
1 国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 解放军信息工程大学理学院, 河南 郑州 450001
3 国防科技大学计算机学院, 湖南 长沙 410073
研究了用于光互连的聚硅氧烷多模光波导直接弯曲时弯曲损耗与圆弧曲率半径的关系。用Marcuse的直波导近似法理论计算了其弯曲损耗，理论计算表明弯曲损耗随模阶数的增加而变大，随半径的减少而变大；光在波导中传输时，总弯曲损耗出现阶跃式变化，并且曲率半径大于4 mm时，波导的弯曲损耗小于1 dB/cm。用BeamPROP仿真软件仿真了5、10、20 mm三种曲率半径下的传输光场情况。利用数字化散射法测量了其弯曲损耗，实验结果显示曲率半径在5~6 mm时弯曲损耗值在0.55~0.8 dB/cm之间，考虑所制备的聚硅氧烷直波导固有的传输损耗，实验值与理论值基本相符。
光纤光学 光互连 聚硅氧烷波导 弯曲损耗 数字化散射法
1 国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 解放军信息工程大学理学院, 河南 郑州 450001
3 国防科学技术大学计算机学院, 湖南 长沙 410073
采用含氢聚硅氧烷(HPSO)和二乙烯基苯(DVB)的交联体掺入聚二甲基硅氧烷（PDMS）中，使改性的聚二甲基硅氧烷（M-PDMS）折射率发生1%~1.8%的改变。M-PDMS及PDMS薄膜具有良好的光透射率和低的传输损耗，是低成本制备用于高速芯片间光互连聚合物光波导的理想材料。采用软成型和图案转移法，用M-PDMS及PDMS分别作波导的芯层和包层制备了截面为50 μm×50 μm，长度大于20 cm的聚硅氧烷多模光波导。用数字化散射法测量了所制备波导的传输损耗，测得输入光波长为633 nm时平均传输损耗为0.137 dB/cm。
薄膜 芯片间光互连 聚硅氧烷波导 交联体 图案转移法 传输损耗
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
新一代计算机光互连普遍采用的垂直腔面发射激光器（VCSEL），是波长为850 nm的多模激光器。为了更好地与其匹配，需要开发截面大小与其输出面大小接近的脊形波导。在成功制备了最小截面积70 μm×50 μm，直线长度21 cm聚硅氧烷脊形波导的基础上，对其损耗机制进行了理论分析。利用微扰理论分析可知吸收损耗可以忽略不计，主要损耗由上下表面和侧面粗糙度引起的表面散射损耗决定。利用变分原理和有限元方法分析了气泡、缺陷和杂质对场分布的影响，得出了基模和1阶模受到肉眼可辨的影响和发生跃变时气泡、缺陷或杂质的具体量值。利用CCD摄像法测量传输损耗，实验结果与理论结果基本相符。
集成光学 传输损耗 微扰法 表面散射
国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
垂直腔面发射激光器，目前在光互连中有着越来越广泛的应用。是一种波长为850 nm的多模激光器，其光输出截面达50 μm×50 μm，为了更好的匹配该器件，需要研制大截面多模脊形波导，并且为了满足芯片间光互连的需求，对互连波导长度具有较高的要求。通过改进制备工艺，研制了直线长度为21 cm的多模聚硅氧烷脊形波导，并成功完成了通光实验；搭建了一套对波导完全无损伤的测量系统，实现了对多模脊形光波导的无损伤测量，测得损耗平均值为约0.18 dB/cm, 并利用传统的截断法进行了验证。此外，该系统还可以用于不可见光波段的耦合对准。
光学制造 有机物光波导 模压 损耗测量
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
随着激光的广泛应用，在许多场合都需要对其进行光束整形，其中最重要的整形元件就是衍射光学元件(DOE)。引用了自适应加法(AA)算法，并且对其进行了改进，一方面克服了AA算法的两个缺陷，另一方面提高了AA算法的精度。在AA算法中加入自动选取参数λ的环节，使得不必采用尝试法确定参数，减小了DOE设计的工作量。此外，还提出了三种克服分母出现零点的方法。应用AA算法设计了整形高斯光束的DOE以及一维光栅分束器，并得到理想的结果。对比了AA算法和高斯(GS)算法，说明AA算法具有优势和潜力，可以简单高效地应用于DOE的设计。
光学设计 衍射光学元件 自适应加法算法 参数选择法
1 国防科学技术大学 光电科学与工程学院,长沙 410073
2 国防科学技术大学 计算机学院, 长沙 410073
在顺电相光折变晶体中存储全息相位光栅是研制新型电控全息光开关的有效途径。为了提高光栅的衍射效率, 将Kogelnik耦合波理论与Kukhtarev方程相结合, 得出了顺电相钽铌酸钾晶体中反射型相位栅衍射效率的解析式, 对影响光栅衍射效率的各因素进行了计算分析。结果表明, 使写入光的入射角远离45°、增加晶体厚度和增大外加电场等措施都可以使反射型全息相位栅的衍射效率提高。45°入射角附近出现较宽的低衍射区。衍射效率对入射角、晶体厚度以及外加电场的变化敏感, 其中任一个参量的较小改变都可以引起衍射效率的较大变化。晶体的吸收对衍射效率的影响可以忽略。分析结果有助于在实践中调整参量以获得较高的读出光衍射效率。
全息 衍射效率 耦合波理论 光折变效应 顺电相 holography diffraction efficiency coupling wave theory photorefractive effect paraelectric phase
1 国防科技大学 光电科学与工程学院,长沙 410073
2 国防科技大学 计算机学院,长沙 410073
为了在应用中提高读出光的衍射效率,必须合理选择参量。采用将KOGELNIK的耦合波理论与Kukhtarev方程相结合,可以得出顺电相KTN晶体中透射型相位栅衍射效率的解析式。对影响光栅衍射效率的各因素进行计算分析,发现衍射效率对入射角、晶体厚度以及外加电场的变化敏感,而45°入射角附近出现较宽的高衍射区。另外,晶体的吸收对衍射效率的影响可以忽略。结果表明,该计算分析有助于在实践中调整参量以获得较高的读出光衍射效率。
非线性光学 衍射效率分析 耦合波理论 光折变效应 顺电相 全息相位栅 nonlinear optics diffraction efficiency analysis coupling wave theory photorefractive effect paraelectric phase holographic phase grating
Author Affiliations
Abstract
1 College of Opto-Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 College of Computer, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We review the dark decay of the electronic holographic phase grating before thermal fixing, and deduce the general analytic expression of the lifetime of thermal-fixed ionic holograms in the photorefractive crystal, by means of analogizing. Because the ions are optically inactive, the lifetime of thermal-fixed ionic holograms is only closely relate to the ionic decay rate which is determined by the conductivity of ionic species at a given temperature. We theoretically analyze and numerically simulate the influences on the lifetime of ionic grating from the crucial factors in the experiment and application. The results reveal that low temperature, low ion-concentration, and large grating spacing are advantages for extending the life of the thermal-fixed volume holographic phase grating in photorefractive crystal.
体全息光栅 离子光栅 存储寿命 光折变晶体 190.0190 Nonlinear optics 090.0090 Holography 210.0210 Optical data storage Chinese Optics Letters
2010, 8(3): 320
1 国防科技大学 光电科学工程学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学计算机学院,湖南 长沙 410073
在用带输运模型研究光折变效应时,大多数情况下都限定入射的相干光调制度远小于1,对方程做线性化近似以便于求解,这在求解小调制度问题时可以达到满意的精度。但在很多实际情况下光调制度接近于1,此时线性理论不再适用。基于FlexPDE程序提出了一种新的求解方法,适用于大调制度时的情况。采用有限元算法,严格求解光折变带输运方程,研究了外加电场时顺电相KTN晶体中大调制度全息光栅的形成,给出了晶体中的空间电荷场、光激发电子、离化施主、晶体折射率等的分布情况和时间演化曲线。计算结果表明,采用FlexPDE程序不仅可以大大降低带输运模型的求解难度,而且能够实时动态显示全息光栅的形成过程,具有直观性。
全息光栅 光折变效应 顺电相 FlexPDE程序 激光与光电子学进展
2010, 47(3): 030501
