1 重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆 400074
2 重庆建设汽车系统股份有限公司，重庆 400052
基于蹦床效应提出新型蹦床声子晶体模型。借助有限元法，计算蹦床声子晶体能带结构、本征模态，并与传统声子晶体对比，选择调整蹦床声子晶体柱体高度进行彩虹捕获效应研究。按照不同柱体高度蹦床声子晶体，将16个蹦床声子晶体单胞分别以单一编号、有序及随机完全无序排列形式组合，计算对应传输损失曲线，分析不同排列组合形式对彩虹捕获效应的影响。并进一步设计了3种轻度无序排列形式蹦床声子晶体阵列，以分析无序度对彩虹捕获效应的影响。结果表明：新型蹦床声子晶体带隙宽度是传统声子晶体的2.1倍，采用蹦床声子晶体有序排列形式表现出明显的彩虹捕获现象，而完全无序排列形式则表现出强烈的“逆彩虹捕获”现象；采用3种轻度无序排列形式蹦床声子晶体阵列对激励信号的衰减能力与有序排列基本相同，表明所设计的新型蹦床声子晶体对阵列的轻度无序排列具有鲁棒性。本工作为今后定向设计衰减频域及最大衰减幅度的彩虹捕获声子晶体阵列提供了参考。
蹦床效应 声子晶体 彩虹捕获效应 阵列形式 传输损失 trampoline effect phononic crystal rainbow trapping effect array form transmission loss
南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室， 人工微结构科学与技术协同创新中心，江苏 南京 210093
变换光学的发展与应用为实现片上集成多频传输和宽带非线性光子器件的设计提供了新的方法。基于变换光学理论模型，通过在铌酸锂（LiNbO3）薄膜光子晶体中调控色散和群速度的空间分布，获得了具有片上彩虹捕获特性的波导器件。通过对非线性四波混频过程进行分析，展示了其在宽带四波混频方面具有良好的应用前景。同时，所设计的变换光学波导结构也可应用于其他集成非线性光学器件。
物理光学 光学器件 彩虹捕获 铌酸锂薄膜 变换光学 光子晶体 光学学报
2022, 42(21): 2126012
1 浙江师范大学物理与电子信息工程学院信息光学研究所, 浙江 金华 321004
2 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华321004
3 珑璟光电-微纳光学研究中心, 广东 深圳 518000
全息体视图(HS)是一种可加速计算的全息图,能够实现单色全息三维(3D)显示,将其与彩色彩虹全息相结合并实现允许多人围观的半周视彩色彩虹全息3D显示具有实际应用价值。在HS计算原理的基础上,设计单元全息图侧视角及视场角等参数,通过频域复用获得包含红色、绿色和蓝色信息的单元全息图的频谱,对频谱进行傅里叶逆变换后取实部得到该单元全息图,所有单元全息图的组合形成完整的半周视彩色彩虹HS。通过并行加速计算的方法实现分辨率为200800 pixel×200800 pixel、尺寸为64 mm×64 mm的高分辨率半周视彩色彩虹HS仅需15.15 min。采用反射照明的方式进行光学再现,实现了允许多人同时观看的清晰的彩色全息3D显示,其有望应用于3D**地图、3D沙盘等领域。
全息 彩色全息三维显示 周视彩色彩虹全息三维显示 全息体视图
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 鹏城实验室, 广东 深圳 518055
3 珑璟光电微纳光学研究中心, 广东 深圳 518000
基于现有的相位空间光调制器,提出并实现了计算机制相位彩虹全息近眼显示。指出带限条件下物光在全息面上相位分布的计算及高频闪耀光栅纵向色散的控制是实现相位彩虹全息的关键要素。在计算相位彩虹全息图时,首先利用带限条件下的角谱衍射算法获取全息面上物光的复振幅分布,并利用双向误差扩散算法将复振幅分布编码为相位分布。然后,对参考光对应的高频闪耀光栅的相位进行编码,得到计算机制相位彩虹全息图。最后,设计了包含白色点光源、准直透镜、空间光调制器、4f滤波系统及目镜的全息彩色近眼显示系统,并通过光学再现获得了相位彩虹全息近眼显示效果,证明了所提方法的有效性。
全息 全息显示 近眼显示 相位彩虹全息 彩色全息显示 光学学报
2021, 41(22): 2209001
1 中山大学地球科学与工程学院, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广东 广州 510275
3 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
如何利用拉曼光谱对矿物中的微小包裹体进行无损鉴定, 是矿物学与宝石学研究中经常遇到的问题。 彩虹方柱石是一种含有特殊包裹体的方柱石, 其包裹体在反射光下呈现虹彩效应。 本文利用超景深显微镜、 电子探针、 显微激光拉曼光谱、 X射线粉晶衍射分析, 特别是创新性运用拉曼光谱面扫描填图技术对彩虹方柱石中微小的磁铁矿包裹体进行了无损鉴定研究。 显微特征显示, 彩虹方柱石的包裹体可能和固溶体出溶有关, 微小包裹体平行排列, 形成了类似反射型衍射光栅的结构, 导致其在反射光下出现彩虹色。 根据电子探针测试结果, 彩虹方柱石端元组分为Ma68.2—69.7Me30.3—31.8, 属针柱石亚族。 根据拉曼光谱测试结果, 部分包裹体出现了位于661 cm-1处的弱拉曼峰。 由于图谱信噪比普遍偏低且该峰并不会在所有测试位置出现, 所以容易被忽略。 为进一步探究该峰的来源, 对包裹体部位进行拉曼面扫描, 并选择630~680 cm-1范围的拉曼峰进行了相关性分析, 确认了包裹体位置普遍存在位于661 cm-1处的弱拉曼峰。 该拉曼峰可归属为磁铁矿的A1g振动峰, 从而确认了产生虹彩效应的针状包裹体中包含有更微小的磁铁矿包裹体。 XRD测试结果表明, 包裹体较多的样品存在位于2.51 Å处的磁铁矿(311)晶面衍射峰, 进一步验证了拉曼光谱面扫描的结果。 根据上述实验, 拉曼面扫描技术或许可以成为鉴定矿物宝石中微小包裹体的有效辅助性手段。 该研究创新性提出, 如果矿物包裹体的拉曼信号很弱, 可以将拉曼面扫描结果与包裹体的分布特征结合分析来判断该信号的有效性。 同时为无损鉴定矿物中的包裹体提供了一种新的研究思路与方法。
彩虹方柱石 磁铁矿包裹体 拉曼光谱面扫描 电子探针 Iridescent Scapolite Magnetite inclusions Raman mapping EPMA XRD XRD 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2105
1 浙江师范大学物理与电子信息工程学院信息光学研究所, 浙江 金华 321004
2 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华321004
3 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
4 珑璟光电-湖南大学微纳光学研究中心, 广东 深圳 518000
基于光场图像提出了一种计算机制集成彩色彩虹全息图的快速计算方法,并通过光学实验实现了全息图的彩色三维(3D)显示。首先,将全息图平面分割为多个连续的单元线全息图平面,再根据每个单元线全息图平面的顶点坐标和虚拟狭缝顶点坐标计算单元线全息图平面投影点的3D坐标。然后,以投影点作为虚拟针孔,将3D物体通过虚拟针孔进行投影,将该单元线全息图平面上的光场图像和虚拟针孔处会聚的球面波相位分别作为计算全息图时的物光振幅和相位,并引入参考光编码得到该单元线全息图。最后,用所有单元线全息图组合成彩色彩虹全息图。实验结果表明,用本方法实现一个尺寸为50 mm×50 mm,分辨率为157232 pixel×157232 pixel的全息图仅需43 min,在全息包装、3D广告等领域具有广泛的应用前景。
全息 计算机生成全息 彩色彩虹全息 光场图像渲染 光学学报
2021, 41(10): 1009002
浙江大学热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027
针对标准/全场彩虹信号的反演处理，提出一种基于局部最小的通用性反演算法。该算法基于带修正系数的复角动量理论建立了带不等式约束的非线性最优化目标函数，并采用序列二次规划法对最优化目标函数进行迭代求解。反演前针对标准/全场彩虹信号进行不同的预处理，如去除高频结构、预估反演参数范围等。基于Lorentz-Mie理论对不同折射率和粒径分布（对数正态分布和正态分布）的液滴彩虹信号进行数值模拟，并对有/无粒径的预设分布进行反演，验证了该算法的有效性。结果表明：标准彩虹折射率反演最大绝对误差小于3×10-4，最大粒径相对误差为1.3%；各种工况下，全场彩虹反演折射率误差均小于1×10-4，平均粒径相对误差小于1.67%。最后对该算法进行了标准和全场彩虹实验数据的验证。
测量 彩虹折射技术 反演算法 非线性优化 折射率 粒径分布 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0529001
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为了方便、快捷地进行素面彩虹全息材料的光栅常数测量,选用颜色测量领域常用的分光光度计(环形光照明)和扫描设备,在0°~90°范围内,固定测量点,旋转彩虹全息材料,进行不同素面彩虹全息材料的光谱能量信息和图像信息采集。研究发现随着旋转角度的变化,在0°~45°和45°~90°两个范围内采集到素面彩虹全息材料的光谱能量和图像颜色信息呈周期对称变化。由光栅方程的计算得出,在素面彩虹全息材料其正方形栅格的边长和对角线方向具有两个不同的有效光栅常数。研究结果与高倍数显微设备测量结果具有较好的一致性。测量结果可为检验光柱和素面彩虹全息材料的微观结构提供一种理论计算依据。
颜色 素面彩虹全息材料 光栅常数 光栅方程 光谱能量 光学学报
2019, 39(10): 1033003
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
设计了一种基于全场彩虹测量技术的紧凑型彩虹折射仪。该折射仪采用笼式结构和全密封设计,光路的整体尺寸明显小于传统的彩虹光路,折射仪的尺寸为0.42 m×0.42 m×0.15 m。使用该彩虹折射仪对单组分液滴折射率、双组分液滴浓度进行了一系列实验测试。采用去离子水喷雾测试了折射仪的折射率测量精度,测量误差约为2×10
-4。测量了体积分数为0~100%的乙醇液滴的折射率,与文献数据进行了对比,并分析了误差来源。结果表明,所研发的紧凑式折射仪具有测量液滴折射率的功能,以及体积小、精度高的优点,适用于工业生产环境,在喷雾场测量中具有很好的应用前景。
测量 光学仪器设计 彩虹折射仪 喷雾液滴 折射率 激光与光电子学进展
2019, 56(10): 101201
