1 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施测量研究所, 北京 100081
2 中国铁道科学研究院研究生部, 北京 100081
3 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
近年来,线结构光轮廓测量技术已成为钢轨廓形检测的重要手段。为了满足钢轨轮廓高精度的测量要求,提出了基于Zemax软件的线结构光钢轨轮廓测量系统仿真模型。将线结构光钢轨轮廓测量系统分解为图像采集模块、系统标定模块和轮廓测量模块,在Zemax非序列模式下依次对三个模块进行建模,得到钢轨轮廓测量系统仿真模型。对比实验表明,系统仿真模型与实际系统的测量结果较为接近,模拟测量结果符合实际情况,仿真模型能够实现对钢轨轮廓测量过程的准确模拟。该仿真模型为线结构光钢轨轮廓测量相关问题研究提供了一种新的分析方法,对光学系统设计、光学元件选型和测量精度提升具有指导意义。
测量 线结构光 Zemax 钢轨轮廓 仿真模型 中国激光
2021, 48(16): 1604004
1 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
2 清华大学精密仪器系, 北京 100084
提出一种改进的Gerchberg-Saxton(G-S)算法,实现了基于环形光束的衍射光学元件的精确设计。所提算法可以确保输出平面上有小的采样间隔,起到了抑制散斑的作用;与未采用散斑抑制的常规的改进G-S算法相比,所提算法得到了更高性能的均匀光斑;仿真结果和实验结果一致。
衍射 二元光学 Gerchberg-Saxton算法 消除散斑 光束整形 衍射光学元件
1 中国计量科学研究院, 北京 100029
2 清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室 光电工程研究所, 北京 100084
基于金属纳米结构增强光与物质的相互作用, 调控光学响应是光学前沿研究。金属纳米结构能显著增强电磁场和热点空间位置调控, 是表面等离激元器件应用的关键。借鉴衍射光学元件设计思想, 文中提出一种简单的多尺度叠层圆柱台(double stacked nanocone, DSC)金属纳米结构, 实现近/远场深度调控。在给定激发条件下, DSC纳米结构中腔模与局域表面等离激元模式间产生杂化, 实现多尺度级联场增强, 远场响应也得到有效调制, 且“热点”能有效地定位到纳米结构的上表面。进一步, 提出并研究了掩模重构的纳米加工方法, 低成本、可控地制备了DSC纳米结构, 工艺控制是三台阶DSC器件特性的关键, 实验结果与理论设计一致。
表面等离激元 杂化 多尺度纳米结构 调控 surface plasmons hybridization multiscale nanostructures modulation 红外与激光工程
2017, 46(9): 0934001
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
Diffractive optics is an important technique for beam shaping with high light efficiency and strong diffraction pattern flexibility. Since the diffraction angle is limited by the unit size of the diffractive optical element (DOE), the size of the required diffraction pattern is always rather small. In this Letter, refractive/diffractive hybrid optical elements (RDHOEs) consisting of a DOE and a lens are used to realize beam shaping for a large diffraction pattern. The lens, as the component of the RDHOEs, can not only be concave but also convex, and the double sampling Fresnel diffraction algorithm is developed for the design of these two types of RDHOEs. The simulation and experimental results provide solid evidence to demonstrate the proposed method with the pure phase spatial light modulator.
140.3300 Laser beam shaping 050.1970 Diffractive optics 050.1380 Binary optics 070.7345 Wave propagation Chinese Optics Letters
2016, 14(3): 031404
1 清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室, 北京 100084
2 清华大学电子工程系光纤传感研究中心, 北京 100084
采用Levenberg-Marquardt算法（LMA）对光纤法布里珀罗(F-P)腔的白光干涉光谱进行拟合；通过对光源光谱的高斯拟合处理和对LMA拟合参数范围的限定，提高了其对光源波动的抗干扰能力和腔长解调的分辨率；通过研究不同质量、数量的采样数据对解调算法的影响，比较LMA相对于相关法的效率优势；最后通过实验得到了装置综合标准偏差（1 nm）和光源功率波动下的LMA算法的标准偏差（0.2 nm）。
光纤光学 光纤传感器 白光干涉 法布里珀罗腔 拟合算法 激光与光电子学进展
2012, 49(5): 050602
清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室, 北京 100084
为了进一步提高大尺寸液晶照明系统的综合性能，并符合动态显示的技术要求，提出了一种直下式导光板模块化设计方法，并以其作为指导，设计了一种采用导光板的直下式照明结构模块。对模块进行了照明仿真计算，其均匀性大于80%，满足大尺寸液晶面板的照明需求。在该模块拼接的基础上进行了动态显示的模拟，并对单个导光板模块进行了实验的验证。
液晶显示 导光板 直下式照明 发光二极管
清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室， 北京100084
小型光谱仪较多地采用Czerny-Turner(切尼—特纳)光路结构， 其设计应遵循Shafer消彗差原理消除中心波长处的初级彗差并尽量平直整个谱面以提高分辨率。 但常规设计并未考虑非中心波长处彗差和分辨率的变化情况。 在对两种典型切尼—特纳光路结构进行初级彗差分析的基础上， 指出交叉型光路结构宽光谱范围内的分辨率呈“V”形， 而M型光路结构分辨率在全光谱范围内变化较小， 近似呈“一”形， 即后者宽光谱范围内的分辨率一致性远好于前者。 针对于此， 该文设计了光谱范围为400～600 nm的2种光路， 并对其进行了理论计算和对比实验， 实验结果表明， 两者边缘波长处分辨率分别比中心波长处分辨率低3.7倍和1.2倍， 与理论计算结果基本一致。
宽光谱 切尼—特纳光谱仪 彗差 分辨率 Wide spectral region Czerny-Turner spectrometer Coma Resolution 光谱学与光谱分析
2010, 30(6): 1692
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 Department of Optical Information Science and Technology, Beijing Information Science and Technology University, Beijing 100192, China
We numerically study the surface plasmon interference formed by tightly focused higher polarization order axially symmetric polarized beams (ASPBs) based on the vectorial diffraction theory. The definition of ASPBs is stated, and the optical setup for surface plasmon polariton (SPP) excitation and mathematical expressions for interfering SPP fields are proposed. The simulation results show that the interfering SPP fields present a multi-focal spot pattern. In addition, the number of spots is related to the polarization order of the incident beams P as 2\times(P-1), indicating potential utilization in near-field multiple optical trapping and near-field imaging and sensing. The unique interfering phenomenon is also explained.
表面等离子干涉 轴对称偏振光束 光学捕获 240.0240 Optics at surfaces 110.0110 Imaging systems 260.0260 Physical optics Chinese Optics Letters
2010, 8(12): 1178
清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室, 北京 100084
针对径向偏振光入射, 设计了三维超分辨衍射光学元件。对径向偏振光大数值孔径聚焦特性的分析表明, 纵向分量是影响聚焦主瓣的三维光强分布的主要因素。仅考虑径向偏振光聚焦场的纵向分量, 沿用线偏振光入射时三维超分辨衍射光学元件的全局优化方法, 利用线性规划设计了三维超分辨的0, π结构的纯相位元件。考虑径向偏振光聚焦场的径向和纵向分量, 计算了三维超分辨性能。与线偏振光的性能对比表明, 尽管仅考虑聚焦场纵向分量设计的衍射光学元件不是全局最优解, 但其三维超分辨性能明显优于线偏振光, 证明了仅考虑径向偏振光聚焦场的纵向分量进行三维超分辨衍射光学元件优化的有效性。
衍射光学元件 径向偏振光 三维超分辨 线性规划
清华大学 精密测试技术与仪器国家重点实验室,北京 100084
在菲涅耳衍射区和夫琅禾费衍射区,分别利用输入面上的多个随机二元纯相位调制,获得多个输出面强度信息,在不需要输入面强度先验信息的基础上,基于迭代算法高精度重构了复杂光场的波前。讨论了菲涅耳衍射区和夫琅禾费衍射区各自特点和适用范围。
物理光学 波前重构 相位调制 复杂光场 迭代算法
