1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
针对具有圆对称结构特征的光束,提出了一种基于高阶准离散汉克尔变换的光束整形算法。与传统Gerchberg-Saxton算法相比,相同条件下,该算法能够在较少的迭代次数内实现快速收敛,并大幅节省计算时间(约100倍),利用该算法设计的衍射光学元件呈圆对称分布,结构简单、更易于加工;此外,设计实验对目标光束整形,验证了该算法的可行性,实验结果光强分布较好,为衍射光学元件的设计和加工提供了重要的指导意义。
物理光学 汉克尔变换 光束整形算法 Gerchberg-Saxton算法 衍射光学元件
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计,且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。
成像系统 端到端 景深延展 图像复原 衍射元件
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
2 中国科学院大学,北京 100049
3 上海科技大学物质科学与技术学院,上海 201210
4 上海交通大学IFSA合作创新中心,上海 200240
基于梅斯林对切光子筛,提出了一个小程差的干涉测量方案以校准空间光调制器。该方案不仅提供了参考坐标系,补偿了系统振动对定标结果的扰动,而且获得了高信噪比的干涉光斑,降低了测量系统对探测器灵敏度的要求。在批量提取干涉光斑质心后,通过参考坐标系转换,得到了相位调制曲线。该曲线通过了波前分析仪的相位检定,632.8 nm和488 nm波长光的标定曲线的残差最大峰谷值小于0.012λ(λ为波长)。结果表明,该方案是一个适用于空间光调制器的高稳定高精度的干涉校准方法。
测量 空间光调制器 相位校准 衍射光学元件 干涉
Author Affiliations
Abstract
1 Nanophotonics Research Center, Institute of Microscale Optoelectronics & State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, Shenzhen University, Shenzhen, China
2 Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing, China
3 Center for Optics, Photonics and Lasers, Laval University, Quebec, Canada
4 Research Institute of Intelligent Sensing, Research Center for Humanoid Sensing,Zhejiang Lab, Hangzhou, China
Diffractive optical elements (DOEs) are intricately designed devices with the purpose of manipulating light fields by precisely modifying their wavefronts. The concept of DOEs has its origins dating back to 1948 when D. Gabor first introduced holography. Subsequently, researchers introduced binary optical elements (BOEs), including computer-generated holograms (CGHs), as a distinct category within the realm of DOEs. This was the first revolution in optical devices. The next major breakthrough in light field manipulation occurred during the early 21st century, marked by the advent of metamaterials and metasurfaces. Metasurfaces are particularly appealing due to their ultra-thin, ultra-compact properties and their capacity to exert precise control over virtually every aspect of light fields, including amplitude, phase, polarization, wavelength/frequency, angular momentum, etc. The advancement of light field manipulation with micro/nano-structures has also enabled various applications in fields such as information acquisition, transmission, storage, processing, and display. In this review, we cover the fundamental science, cutting-edge technologies, and wide-ranging applications associated with micro/nano-scale optical devices for regulating light fields. We also delve into the prevailing challenges in the pursuit of developing viable technology for real-world applications. Furthermore, we offer insights into potential future research trends and directions within the realm of light field manipulation.
diffractive optical elements metasurfaces metamaterials Photonics Insights
2023, 2(4): R09
暨南大学光子技术研究院广东省光纤与通信技术重点实验室,广东 广州 511443
超表面在光偏振调控方面具有卓越的能力,利用超表面结构的偏振控制实现信息编码与加密成为一种新兴的光学编码技术。本文旨在介绍超表面偏振光学及其在信息加密领域的最新进展。首先介绍对光束偏振态进行整体调控的各类超表面偏振光学元件,包括超表面波片、偏振器和偏振分束器,强调了超表面在偏振操控方面的卓越性能;接着深入介绍基于不同微型超表面偏振光学元件进行的像素化偏振信息编码,包括对近场偏振态空间分布进行逐点编码的马吕斯超表面,以及对远场偏振态进行空间编码的偏振全息和矢量全息超表面;然后阐述近场与远场像素化偏振空间编码超表面在信息隐藏与加密领域的应用示范;最后进行简要总结,并展望超表面偏振信息编码技术的未来发展趋势与应用潜力。
表面光学 偏振调控 超表面偏振光学元件 马吕斯超表面 矢量全息 信息加密 中国激光
2023, 50(18): 1813010
Author Affiliations
Abstract
1 Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Technische Optik, Postfach 100565, 98684 Ilmenau, Germany
2 Iba Heiligenstadt, 37308 Heilbad Heiligenstadt, Germany
Light sheet fluorescence microscope with single light sheet illumination enables rapid 3D imaging of living cells. In this paper we show the design, fabrication and characterization of a diffractive optical element producing several light sheets along a 45° inclined tube. The element, which is based on a multi-focal diffractive lens and a linear grating, generates five thin light sheets with equal intensities when combined with a refractive cylindrical lens. The generated uniform light sheets can be applied for the scanning of samples in tubes enabling flow-driven 3-dimensional imaging.
Light sheet fluorescence microscopy Diffractive optical elements Multi-plane imaging 3D imaging Multi-focal lens Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023022
季华实验室光电科学与技术研究部,广东 佛山 528200
衍射光学元件(DOE)对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求,其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型(GSM)光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶变换算法设计了输出平顶光斑的DOE。用模式分解的方法研究了不同光束质量的光束经该DOE后的输出光斑,发现光束质量因子增加会使输出光斑平顶区尺寸减小,导致DOE失效。从交叉谱密度出发,表明DOE的输出光斑是相干部分和非相干部分的卷积,其中非相干部分是导致输出光斑劣化的原因。给出了平顶衍射光学元件适用的最大M2因子与输入和输出光束尺寸之间的关系。给出了一种GSM光束整形DOE的设计方法,该方法有助于在低光束质量激光器中实现DOE的应用。
衍射与光栅 衍射光学元件 光束质量 高斯谢尔模型 模式分解 光学学报
2023, 43(14): 1405001
强激光与粒子束
2023, 35(6): 061002
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220567