华南理工大学物理与光电学院，广东 广州 510641
基于单轴晶体光束传输理论，从理论上推导了二维正交周期结构光场沿垂直单轴晶体光轴方向传播产生泰伯效应的公式。给出了泰伯效应的产生条件和常规泰伯距离的表达式，常规泰伯距离的大小决定于单轴晶体寻常光的折射率no与非寻常光折射率ne之比和二维周期结构的x方向周期px和y方向周期py之比。模拟了二维正弦光栅和二维项链光栅的光场在单轴晶体中因各向异性衍射产生的泰伯效应。两种情况都能在更短的约化泰伯距离处产生与原光栅相同的泰伯像，在半约化泰伯距离产生与原光栅互补的像；在1/4约化泰伯距离和3/4约化泰伯距离产生的泰伯子像强度分布的周期为原光栅的1/2，相位变化的周期与原光栅相同，但是在空间上有半个周期的移动。本研究将泰伯效应拓展到各向异性介质中的传播动力学，加深了人们对周期性光场的传输理论的理解。
1 湖北中烟工业有限责任公司, 湖北 武汉 430050
2 湖北工业大学机械工程学院, 湖北 武汉 430068
3 上海市激光技术研究所, 上海市激光束精细加工重点实验室, 上海 200233
在介绍SLM进行光束整形原理的基础上, 分析了二元光栅、闪耀光栅和正弦光栅三种光栅的结构特性, 并根据影响整形光束质量的性能指标, 以方向光斑为例, 设计了不同周期的相位掩模图。成像和加工试验表明, SLM上加载三种光栅形成的掩模图, 均可以将高斯分布的圆形光斑整形为平顶的方形光斑, 但闪耀光栅的整形效果明显优于另外两种光栅。在闪耀光栅周期为120 μm时, 局部能量利用率达到91.86%, 均方根误差为0.039, 整形后光束具有较好的均匀性。
光束整形 二元光栅 闪耀光栅 正弦光栅 beam shaping binary grating blazed grating sinusoidal grating
为了实现高速旋转工件的在线三维面形检测,提出一种高速旋转物体频闪在线相位测量轮廓术(PMP)三维测量方法。利用圆形正弦光栅替代线形正弦光栅,采用高密度二元编码光栅替代灰度编码光栅,设计专用频闪同步控制单元同时触发投影系统频闪投射相移光栅和图像采集单元同步获取图像,获得物体在同一“冻结”位置下的相移变形条纹后,采用静态PMP相移算法重建物体的三维面形信息。实验结果表明,该方法具备可行性和实用性,可有效避免工件离线检测时多次装夹不一致引入的加工误差,能够提高工件的检测效率和加工效率,可用于其他高速旋转物体的三维面形重建。
测量 频闪在线相位测量轮廓术 圆形正弦光栅 同步单元 高速旋转物体
1 长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 长春 130022
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 集成光电技术中心, 重庆 400714
针对折射率调制的表面等离子体全息显示方案, 采用严格耦合波计算方法, 仿真了变折射率薄膜正弦光栅结构参数与衍射效率的关系.结果表明, 银作为表面等离子体激发材料时, 0.2 μm为光栅最优厚度, 在此基础上, 一级次光衍射效率与折射率差值、周期呈正比增长关系.对折射率范围进行了拓展, 确定了折射率调制范围在1.34~1.8、周期为0.9 μm时, 对应的衍射效率可达33%以上.研究结果对于优化设计表面等离子体全息显示结构具有参考意义.
全息 表面等离子体 严格耦合波分析法 正弦光栅 衍射效率 Holography Surface plasma Rigorous couple-wave analysis Sinusoidal grating Diffraction efficiency
1 陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 中国人民解放军63908部队,河北 石家庄 050003
当前微流控表面增强拉曼散射(SERS)检测领域常用的贵金属纳米颗粒溶胶单位体积内热点区域数量有限且热点区域范围较小, 而贵金属纳米三维阵列结构加工时间长, 成本高昂并存在“记忆效应”。本文提出了集成到微流道的复合Ag/SiO2正弦光栅SERS基底结构, 可以利用激光干涉光刻技术进行制备, 无需预制掩膜版, 可实现大面积、低成本SERS基底简易快速制备。利用严格耦合波分析方法(RCWA)建立了复合正弦光栅表面电场增强数学评估模型, 推导了表面等离子体共振(SPP)耦合吸收率数学模型, 分析了入射光、复合正弦光栅结构与外界环境介电常数的优化匹配关系, 得到了入射光785 nm条件下的最佳复合正弦光栅结构。通过制备加工并实验验证了复合正弦光栅的SERS性能, SERS增强因子(EF)能够达到104。
复合正弦光栅 微流控 RCWA RCWA composite sinusoidal grating SERS SERS microfluidics
提出了一种基于结构光投影在线测量大尺度物体的方法, 并给出了理论论证, 通过模拟测量发现, 分割子图像部分包含的变形条纹不是条纹周期的整数倍, 相位展开时不可避免出现错误, 造成拼接处误差比较大, 因此提出利用拼接处相邻相位展开正确的数据对拼接处的数据进行插值处理, 有效减小了误差, 验证了方法的可行性; 解决了动态大尺度物体三维面型测量受单个投影设备投影范围限制的问题, 在实际工程应用中, 精度要求不高的情况下, 可以用来对动态的大尺度物体进行三维建模。
在线测量 大尺度物体 傅里叶变换轮廓术 双频正弦光栅 online measurement large scale object Fourier transform profilometry double frequency sinusoidal grating
四川大学电子信息学院光电系, 四川 成都 610064
利用误差扩散方法产生二元编码正弦光栅可以消除数字投影仪的非线性对投影光栅正弦性的影响，且能充分利用基于数字光处理技术(DLP)投影仪中数字微镜的二元高速开关特性，高速投影二元编码正弦光栅。投影仪分辨率不足会导致电子二元编码正弦光栅正弦性下降，从而影响测量精度。先对比了两种典型误差扩散编码算法：Floyd-Steinberg距离加权和Sierra Lite“蛇”形扫描获得的光栅的正弦性。然后针对目前DLP 投影仪产生频率较高的二元编码正弦光栅时，二元编码正弦光栅的正弦性较差的问题，提出了两种改善方法：1) 利用柱透镜卷积作用，在栅线方向上对二元编码正弦光栅进行平滑；2) 组合多帧具有不同微结构的二元编码正弦光栅，来减小二元编码正弦光栅的误差，保证相位测量轮廓术(PMP)方法的测量精度。所提方法充分利用了DLP 投影二值图像的高速特性，又明显改善了由于DLP 分辨率有限导致的二元编码正弦光栅的正弦性较差的问题，实验验证了这两种方法的有效性。
相位测量轮廓术 DLP 投影仪 误差扩散 二元编码正弦光栅 激光与光电子学进展
2014, 51(12): 121201
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院， 北京 100191
当激光入射到正弦光栅时，会产生0级和±1级衍射谱线，通过测量衍射谱线的分布，可获得入射激光的波长及方位角信息。为了实时探测激光光源的波长和方位角，设计了一种基于正弦光栅的凝视型激光探测告警系统。介绍了系统的工作原理，推导了激光波长和方位角的计算公式，并对系统的探测精度进行了数值模拟研究。分析了光栅常数和柱面镜曲率半径对系统探测能力的影响，并且给出了相关函数。实验结果表明：当光栅常数为1/500 mm、柱面镜曲率半径为20 mm时，系统可实现对波长为320~1100 nm、视场角为±20°范围内激光源的实时探测，波长分辨率可达到10 nm，角分辨率可达到1°。
激光技术 激光告警 正弦光栅 激光波长 方位角 中国激光
2012, 39(10): 1016001
四川大学光电科学技术系, 四川 成都 610064
基于面积编码的二值化算法,提出了一定改进,即在对二值化模板进行填充时,用分散的、尽可能等间距的填充方法代替分块的、非等间隔的填充方法,并将此光栅制作出来用于三维形貌测量。利用二元编码光栅的频谱分布特征和光学系统固有的低通滤波特征,可以将二元分布的模板转化为测量区域的正弦分布,同时又滤去了量化噪声,得到质量较好的正弦光场。计算机模拟以及实验验证了该方法的可行性。
文字间用 号隔开空半格正弦光栅 二值化 面积编码 三维面形测量 sinusoidal grating binaryzation area encoding three-dimensional measurement
合肥工业大学 电子科学与应用物理学院，合肥 230009
针对传统方法难以制作结构光三维投影测量设备的灰度正弦光栅元件，并以Ronchi光栅代替从而影响测量准确度，提出了一种制作灰度按正弦分布的光栅模板的新方法.通过对银盐全息干板透过率特性曲线的理论分析，指出在对比度为一的正弦干涉条纹下曝光不能得到线性记录和变换的原因，并提出了采用均匀非相干光预曝光提供偏置点来实现线性记录的新方法.实验表明，采用空间滤波法能够获得对称双光束正弦干涉条纹记录，并准确控制正弦干涉条纹曝光在干板的线性区域，可以达到线性记录并获得尽可能高的反衬度.
全息术 灰度正弦光栅 线性记录 银盐全息干板 Holography Grey sinusoidal grating Linear recoding Holographic silver halide plate
