1 上海理工大学 光子芯片研究院，上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
二维材料具有高折射率和高透光率等优异光学特性，利用激光加工氧化石墨烯材料，会发生还原反应并生成具有类石墨烯材料特性的还原氧化石墨烯，这使得基于氧化石墨烯材料设计菲涅耳透镜成为可能。相较于传统的光学透镜及微型光学透镜，这一设计将透镜的尺寸从厘米级缩减到纳米级。针对工作波长532 nm设计了基于氧化石墨烯薄膜的菲涅耳透镜，通过瑞利–索末菲衍射理论及电磁场数值仿真测试了菲涅耳透镜的聚焦效果，并且通过滴铸法制备了氧化石墨烯薄膜（约500 nm），在薄膜上用激光加工菲涅耳透镜，最终得到透镜聚焦光斑直径2.14 μm，聚焦效率41.2%。相比旋涂法制备氧化石墨烯薄膜，滴铸法制备氧化石墨烯具有效率高、价格低廉的优点。该设计为纳米级的基于氧化石墨烯的光学系统的集成化和大规模生产提供了可能。
氧化石墨烯 菲涅耳透镜 激光加工 还原氧化石墨烯 graphene oxide Fresnel lens laser processing reduced graphene oxide
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点实验室，吉林 长春 130012
生物复眼具有良好的光学特性，如视野大、体积小、无像差、对运动物体敏感等。而对运动物体敏感对昆虫十分重要，如飞行昆虫觅食时需要追逐小型、快速移动的目标等。受昆虫复眼对运动物体敏感的启发，制备了具有5个小眼的单层复眼，每个小眼由1个菲涅耳透镜构成。通过飞秒激光双光子聚合加工技术和软光刻复写技术，制备出具有高精度和可重复性的柔性仿生复眼。实验结果表明，该仿生复眼可以获得可辨识的图像并且可以用于追踪运动目标。
飞秒激光 激光技术 柔性仿生复眼 菲涅耳透镜 软光刻 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522001
1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 北京空间机电研究所，北京 100094
针对使用光纤光谱仪探测远距离宽光谱弱信号的应用需求，基于成像光学与非成像光学的混合设计方法，设计了大口径菲涅耳透镜聚光系统。系统由直径为1.1 m的菲涅耳透镜、匀光棒、全反射准直器和中继透镜组组成，接收端为直径为2 mm、数值孔径为0.22的光纤束。大口径菲涅耳透镜具有质轻体小的优点，解决了传统大口径透镜体积大质量大的问题。由匀光棒和全反射准直器组成的非成像光学元件后组可减小由菲涅耳透镜口径增大引起的球差和宽光谱色差，使光信号能量分布更加均匀且出射角度减小；中继透镜组进一步控制光束发散角和光斑尺寸，使光信号在光纤束端面高效率耦合，提高系统的光能利用率。仿真和实验结果均表明，所设计的后组系统能够减小像差影响，有效控制光束发散角度和光斑尺寸，提高光能利用率，满足光纤光谱仪对远距离宽光谱弱信号进行光谱探测的需要。
遥感 光学设计 聚光系统 大口径菲涅耳透镜 非成像光学理论 光能利用率
1 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 北京空间机电研究所，北京 100094
为满足激光雷达收集系统对远距离荧光信号探测要求，提出了一种基于多软件协同循环优化各环带面形的非球面环带菲涅耳透镜设计方法，并进行了透镜面形误差分析及透镜样件性能测试。利用该方法设计了一个直径为300 mm、焦距为670 mm的高收集效率菲涅耳透镜，使用LightTools软件对设计的菲涅耳透镜进行了光学仿真，收集效率可达52.2%。仿真和实验结果均表明：在400~950 nm光谱范围内，设计的菲涅耳透镜减小了透镜球差和色差对收集系统的影响，具有较高的能量收集效率，提高了系统光能利用率，满足系统性能指标要求。
非线性光学 光学设计 菲涅耳透镜 光丝激光雷达 收集系统 非球面透镜
1 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
设计并制备了口径为20 mm的法布里-珀罗干涉仪，该干涉仪在632.8 nm处的光谱分辨率为0.5 nm，自由光谱范围为9.0 nm。将口径为1.1 m的低成本菲涅耳透镜用作集光元件，使用自行搭建的法布里-珀罗干涉仪和工业电荷耦合器件（CCD）相机成功探测到30 m外平均功率为0.7 mW的汞灯光谱，实现了μlx量级的弱光光谱探测。采用增强型互补金属氧化物半导体（ICMOS）相机，可在10 m外检测到飞秒激光光丝诱导的质量分数为13×10-6的NaCl气溶胶的时间分辨荧光光谱。建立的基于菲涅耳透镜和法布里-珀罗干涉仪的光谱测量装置在空气污染物和有害物质远程检测中具有广阔的应用前景。
光谱学 法布里-珀罗干涉仪 菲涅耳透镜 远程光谱探测 光丝诱导荧光光谱
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
传统的菲涅尔透镜在没有机械移动的情况下，不能进行主动轴向调焦。为了可以更好地将菲涅尔透镜应用于成像、显示、目标跟踪、光伏系统等领域，本文根据菲涅尔透镜的典型结构、基于电润湿效应提出了一种环形腔室的液体菲涅尔透镜。可以通过电压来控制环形腔室内液面的倾斜角度，从而控制光束的偏折方向，实现菲涅尔透镜轴向焦距调节的功能。实验结果表明，本文提出的液体菲涅耳透镜具备轴向调焦的功能，驱动电压约为20 V，饱和电压约为220 V，焦距变化范围为-52~-73 mm。
菲涅尔透镜 电润湿效应 变焦 Fresnel lens electrowetting effect zoom
中山大学 太阳能系统研究所 广东省光伏技术重点实验室， 广州 510006
为探索以菲涅耳透镜为聚光器的聚光光伏模组中，多结电池中心局部高辐射功率对短路电流的影响，测量菲涅耳透镜的高亮度光斑直径，并据此分别测试室内不同局部光照面积下和户外不同尺寸透镜下的GaInP/GaInAs/Ge三结电池的短路电流，利用电路网络模型分析实验结果。结果表明，短路电流与局部聚光的面积无关；小尺寸菲涅耳透镜聚焦下，沿光轴电流与辐射功率同步变化；透镜尺寸增大到一定程度，电池中心局部承受过高辐射功率，电流受峰值隧穿电流限制，宏观体现为焦平面处短路电流下降。电池放置在焦平面两侧，均可缓解局部高辐射功率，短路电流最高提升 8.0%。
聚光光伏模组 菲涅耳透镜 多结电池 局部高辐射功率 短路电流 峰值隧穿电流 concentrated photovoltaic module Fresnel lens multijunction solar cells local high radiation short circuit current tunneling current
下滑光波束指示精度是菲涅尔光学助降系统的一项重要指标。针对菲涅尔透镜光学助降系统动态飞行检验的需求, 首先,从标校系统的作用距离、测角精度以及光电平台成像性能的角度, 分析了无人机标校平台的总体需求; 然后, 介绍了无人机标校系统的基本组成、标校流程、标校数据处理及误差分析; 最后, 分析标校关键技术及其解决方案。研究表明: 基于无人机差分GNSS技术的标校方法满足菲涅尔透镜光学助降系统定期标校需求, 具有灵活性高、组织实施效率高等优点。
菲涅尔透镜光学助降系统 无人机 标校 误差分析 Fresnel Lens Optical Landing System (FLOLS) UAV Real-Time Kinematic RTK calibration error analysis
