1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长江师范学院微纳光电器件与智能感知系统重点实验室，重庆 408100
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心，重庆 400714
4 珠海迈时光电科技有限公司，广东 珠海 519060
为分析车床加工百微米级口径微柱透镜时遗留周期性刀纹产生的杂散光影响，构建了周期结构模型，分析了表面周期性纹理结构对衍射杂散光的影响。利用傅里叶光学理论建立了该结构的衍射理论模型，计算了在不同深度下的衍射光场强度分布规律，所获得的理论结果与商业光学软件VirtualLab的物理光学仿真和实验测试结果基本一致，实现了对理论模型的理论与实验验证，为进一步解决该类光学器件中周期性加工刀纹产生的衍射杂散光问题提供了理论依据，对微柱透镜的高精度加工具有指导意义。
衍射 周期性纹理 微柱透镜 傅里叶光学 杂散光
1 云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明 650500
2 云南省光电信息与技术重点实验室，云南 昆明 650500
设计并制备了一种具有较大变倍比及较高成像质量的充液式连续变焦微型柱透镜系统。该系统由埋入聚二甲基硅氧烷基片的两片对称弯月柱透镜及一片双凸柱透镜构成：两弯月柱透镜边缘位置胶合形成空腔，改变注入其中的液体折射率，可实现柱透镜系统的连续变焦；双凸柱透镜的优化设计可控制柱透镜系统整个变焦范围内的像差。当柱透镜系统中注入的液体折射率由1.3330变化到1.5530时，可实现系统后焦距由52.292~4.972 mm的连续平滑变化。整个变焦范围内，柱透镜系统径向弥散斑均方根半径始终小于5 μm，接近衍射极限。对柱透镜系统的可能公差进行了详细分析，证实了该设计的可行性，并完成了透镜系统的加工制备及后焦距、调制传递函数曲线的测量。该变焦系统具有变倍比高、体积小、结构简单稳定、成像质量高等优势，可用于集成化的微型设备中。
光学设计与制备 变焦系统 液体柱透镜 成像质量 光学学报
2023, 43(14): 1422004
1 西安工业大学兵器科学与技术学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
3 中科芯集成电路股份有限公司，江苏 无锡 214101
4 微视传感科技有限公司，江苏 无锡 214000
半导体激光器能量转换效率高、体积小、稳定性好，因此激光雷达常以半导体激光器作为光源。针对半导体激光发散角大，而传统的分离式双柱面准直透镜组存在装调误差大、结构复杂、稳定性低的缺点，提出一体化非球面柱透镜准直方案，分别在两面的相互正交的两个方向设计不同的面型，压缩发散角，同时实现半导体激光器快慢轴两个方向的准直。根据费马原理及扩束准直理论初步确定两正交方向准直面面型参数，以最小光斑半径和最大光通量为目标，以MEMS微镜尺寸为限制因素进行优化，最终完成发射端光学设计。准直后光束快轴发散角2 mrad，慢轴发散角9.6 mrad，准直效果接近车规级激光雷达的平均角分辨率，透镜体积为10×10×24 mm3，发射端系统总长40 mm，系统通光率大于98.6%，满足MEMS-LiDAR对光源准直度、发射端系统集成度和稳定性的要求。
半导体激光器准直 一体化非球面柱透镜 光束整形 微机电系统激光雷达 the collimation for diode lasers integrated aspheric cylindrical lens beam shaping MEMS-LiDAR
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
柱透镜式裸眼3D显示系统近年来在各个领域发展迅速。为了进一步解决柱透镜式裸眼3D串扰问题, 提出一种通过平移LCD图像面板上的像素位置, 并减小像素间隔和调整柱透镜倾斜角度来降低柱透镜光栅自由立体显示器相邻视点间串扰的方法。针对双视点柱透镜式裸眼3D显示系统分析其串扰原因, 计算了柱透镜厚度、节距、焦距以及曲率半径等参数, 分析了LCD图像面板像素位置、柱透镜倾斜角度、像素间隔与串扰面积及莫尔条纹厚度之间的关系, 在保证莫尔条纹厚度不变的情况下降低了视区边缘最大串扰度。采用Lighttools软件对上述方法进行仿真, 对像素数为120×60的局部区域进行模拟, 结果显示改进前后视区边缘最大串扰度由50%降低至30%, 最佳视点串扰度由0.93%降低至0.32%, 且最佳视点区域扩展了±15mm, 对降低柱透镜式裸眼3D串扰具有借鉴意义。
裸眼3D 柱透镜光栅 串扰 莫尔条纹 Glasses-free 3D cylindrical lens grating crosstalk moiré fringe
1 合肥工业大学 特种显示技术国家工程实验室，现代显示技术省部共建国家重点实验室，光电技术研究院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学 测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，仪器科学与光电工程学院安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学 物理学院，安徽 合肥 230009
4 合肥工业大学 先进功能材料与器件安徽省重点实验室，化学与化工学院， 安徽 合肥 230009
本文提出了一种制备集会聚和发散功能一体化的液晶柱透镜阵列的方法。液晶柱透镜阵列呈“三明治”结构，从上到下依次为：上电极基板、液晶层、聚合物柱透镜阵列、下电极基板。为了将会聚和发散功能集成在单一液晶盒中，制备聚合物柱透镜阵列的紫外光敏胶的折射率（np）需介于液晶的寻常光折射率（no）和非寻常光折射率（ne）之间。通过在下基板表面修饰图案化疏水层，利用亲疏水效应使得紫外光敏胶自组装形成表面光滑、尺寸均一的柱透镜阵列。所制备的液晶柱透镜阵列有两种调节聚焦和散焦功能的方式：一种是改变入射光的偏振方向；另一种是施加电场调控液晶层的有效折射率。实验结果表明：当外加电压从0调节到0.7 Vrms时，液晶柱透镜的焦距从-4 mm调节到∞；当外加电压在1~7 Vrms变化时，液晶柱透镜阵列的焦距从6.0 mm调节到4.5 mm。该方法制备的液晶柱透镜阵列具有制备方法简单、器件结构紧凑、驱动电压低、调焦范围大等优点，在成像、显示、光通信等领域具有潜在的应用价值。
液晶柱透镜阵列 折射率匹配 亲疏水效应 会聚透镜 发散透镜 liquid crystal lenticular lens array refractive index matching hydrophilic-hydrophobic effects converging lenses diverging lens
哈尔滨工业大学 仪器科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
提出一种基于单柱透镜旋转调制的光学扫描成像系统, 样品的完整波前信息可以通过柱透镜旋转调制的多幅强度图样迭代重建。此外, 柱透镜的旋转角度作为该系统的一个关键参数, 其值通过基于Radon变换的数值计算方法得到, 摆脱了对高精度旋转设备的要求。该成像系统的可行性在仿真和实验结果中均得以验证。与轴向多距离扫描成像系统相比, 该成像系统中各光学元件在轴向位置保持固定, 数据获取速度得以加快且轴向采样率保持固定, 不仅简化了光场重构中的算法设计, 而且极大地加快了收敛速度。
相位恢复 柱透镜 衍射 计算成像 phase retrieval cylindrical lens diffraction computational imaging 红外与激光工程
2019, 48(6): 0603016
1 华中科技大学武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
设计了一种工作在太赫兹波段的柱透镜,并且使用三维(3D)打印技术制作出了样品。对样品进行了测试,将测试结果与数值仿真结果以及商用太赫兹柱透镜的测试结果进行了对比。结果表明,两种柱透镜的焦距均在100 mm左右,与仿真结果相符,且打印的柱透镜在不同传播距离下的光斑半峰全宽与商用柱透镜的很接近,证明了3D打印技术可以用于制作太赫兹波段的柱透镜等光学器件。
激光技术 太赫兹 柱透镜 3D打印 焦距 激光与光电子学进展
2018, 55(1): 011415
1 云南大学物理与天文学院, 云南 昆明 650091
2 云南大学光电子能源材料国际联合研究中心, 云南 昆明 650091
介绍了一种基于双液芯柱透镜(DLCL)测量液相扩散系数的方法-等观察高度测量法,该方法利用双液芯柱透镜的前液芯作为扩散池和主要成像元件,后液芯作为辅助消球差元件。选择双液芯柱透镜上某一固定高度作为观测位置,根据观测位置处扩散图像宽度随时间的变化规律,基于Fick第二定律计算液相扩散系数。用等观察高度测量法测得室温(25 ℃)下0.33 mol/L氯化钾水溶液的扩散系数D=1.8530×10
-5 cm
2/s,测量结果与文献值之间的相对误差为0.65%。该方法利用双液芯柱透镜在一定折射率范围内减小球差的优势,使得测量液相扩散系数具有精度高(相对误差小于1%)、速度快(测量时间约为60 min)和扩散过程可视化的特点。
测量 扩散系数 等观察高度 双液芯柱透镜 最小二乘法
1 云南大学 物理与天文学院
2 云南省量子信息重点实验室，云南 昆明 650091
3 云南大学 光电子能源材料国际联合研究中心，云南 昆明 650091
基于双液芯柱透镜的折射率空间分辨测量精度高的特点，本文采用两种方法在室温(25 ℃)下分别测量了不同浓度的蔗糖水溶液的液相扩散系数。方法一: 等折射率薄层移动法，通过记录扩散过程中特定折射率薄层随时间的变化关系计算液相扩散系数。方法二: 瞬态图像分析法，通过读取一幅瞬态扩散图像中图像宽度与扩散位置之间的关系确定液相扩散系数。双液芯柱透镜的前液芯作为扩散池和主要成像元件，后液芯作为消球差辅助系统。充分利用了双液芯柱透镜可以按需减小特定液体薄层处的球差以及能够在一定的折射率范围内同时减小球差，两种方法均具有测量精度高的特点。两种方法的测量结果与文献值的相对误差分别小于13%和39%，表明用双液芯柱透镜测量液相扩散系数时，测量系统稳定可靠，测量结果准确。
双液芯柱透镜 扩散系数 扩散图像 球差 折射率 double liquid-core cylindrical lens diffusion coefficient diffusion imaging spherical aberration refractive index
1 华侨大学 信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
2 华侨大学 外国语学院, 福建 泉州 362021
设计了一种用于裸眼3D显示屏的低串扰新型双面柱透镜光栅板, 光栅板的入射面为等间距排列的与显示器子像素数量相同的凹形自由曲面光栅结构, 出射面为斜置的凸形自由曲面光栅结构.根据裸眼3D显示原理和几何光学原理推导了双面光栅板的光栅单元自由曲面设计公式和光栅参数计算公式.通过MATLAB编程计算和SolidWorks软件建模得到光栅板模型.用TracePro软件对所设计的光栅板模型进行光线追迹仿真, 结果表明: 参数优化后的6视点斜置柱透镜双面光栅3D显示在最佳视角的图像串扰度为0.068%, 与传统6视点斜置柱透镜光栅的最佳视角图像串扰度相比降低了2个数量级, 并且在观看距离2 000 mm~3 000 mm 范围内图像串扰度基本不变.
裸眼3D显示 柱透镜光栅 光学仿真 串扰 自由曲面 多视点 Naked-eye 3D display Cylindrical lens grating Optical simulation Crosstalk Free-form surface Multi-view 光子学报
2017, 46(12): 1222002
