1 浙江师范大学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
2 义乌工商职业技术学院，浙江 义乌 322000
引入了一种新型完美涡旋光束——完美Lommel光束（PLBs）。首先给出了产生这种光束的理论机制，然后构建实验系统来产生PLBs。实验主要分为两步：第一步是利用罗曼迂回相位编码法产生高质量Lommel光束；第二步是将生成的Lommel光束经傅里叶变换后产生PLBs。产生的PLBs的环半径不受拓扑荷值的影响，并可通过阶数、不对称参数的模和角度三个参数来调控PLBs的分布，这意味着PLBs是一种具有三个自由度的三参量完美涡旋光束。
物理光学 完美Lommel光束 罗曼迂回相位编码法 复振幅调制
1 浙江师范大学信息光学研究所， 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 苏州大学信息光学工程研究所, 江苏 苏州 215006
基于亥姆霍兹-基尔霍夫衍射积分定理，从理论上推导出消色散均光薄膜微结构参量、入射光参数和透射光参数之间的关系。基于此，分析了微结构参量对透射光振幅分布和散射角度的影响。光束通过消色散均光薄膜时，散射光斑具有光强分布均匀、消色散、散射角度可控和散射光型可控等优点。实验制作出结构最大深度为5 μm，散射角为8°×7.5°的薄膜样品，散射角的理论计算值与实际测量值误差在±0.5°以内。此薄膜器件适用于照明体系、液晶显示器背光显示、投影系统等。
薄膜 薄膜器件 消色散 光束整形 均光 散射角
1 浙江师范大学 信息光学研究所，浙江 金华 321001
2 浙江师范大学 光信息检测与显示技术研究省重点实验室，浙江 金华 321001
基于对多层衍射元件的衍射效率的理论分析，设计了用于头盔显示器的含有多层衍射元件的60°视场折/衍射混合目镜系统。系统在设计波段和整个视场范围内衍射效率均在90 %以上，提高了光能利用率和像面对比度。目镜的出瞳距离为22 mm，出瞳直径为8 mm。调制传递函数（MTF）在25 lp/mm时全视场均在0.38以上，满足VGA分辨率要求。目镜中畸变为4.8%，垂轴色差最大为10 μm。整个系统结构紧凑，镜头总长26.8 mm，最大直径16 mm，全系统质量仅8 g，实现了光学系统的轻小型化。
光学 光学设计 头盔目镜 折/衍射混合 多层衍射光学元件 optics optical design eyepiece for head-mounted display hybrid diffractive/refractive multilayer diffraction optical element
1 浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321001
2 浙江师范大学 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华 321001
设计了一种含有三层衍射光学元件的60°视场头盔显示目镜, 并给出了系统优化过程和结果.在整个视场和设计波段范围内三层衍射光学元件的衍射效率均在90%以上, 提高了系统的光能利用率和像的对比度.此目镜光学系统的出瞳直径为8 mm, 出瞳距离为22 mm.整个系统重量仅为8 g, 总长度为26.8 mm, 结构轻便紧凑, 具有良好的光学性能, 满足头盔显示目镜的使用需求.
光学设计 头盔目镜 折/衍射混合 多层衍射光学元件 Optical design Eyepiece for head-mounted display Hybrid diffractive/refractive Three-layer diffraction element
浙江师范大学 信息光学研究所，浙江 金华 321004
设计了一组合式路灯反射器，以使发光二极管(LED)路灯在道路照明时产生矩形光斑和均匀照度。在非成像光学基础上，利用复合抛物面的高性能集光作用和机械设计软件的强大作图功能，设计了一款分段组合复合抛物面反射器(CPC)。基于“边缘光线原理”和”裁剪法”，此款反射器能将朗伯型发光的LED光束整形为近似矩形分布，出光效率达96%以上。理论模拟证明：在高度为10 m，范围为10 m×30 m内利用此反射器进行二次配光的LED路灯的照度均匀度达05以上。该反射式LED路灯光束整形器结构简单，光学效率高、成本低廉，模拟结果完全达到了目前我国国家道路照明规范要求。
发光二极管(LED) 非成像光学 复合抛物面反射器(CPC) LED路灯 光学设计 Light Emitting Diode(LED) nonimaging optics Compound Parabolic Concentrator(CPC) LED street lamp optical design
浙江师范大学信息光学研究所， 浙江 金华 321001
提出一种新颖的多层衍射元件(MLDOE)，由具有不同折射率和色散性质的光学材料构成，第一层和最后一层为高折射率低色散和低折射率高色散光学材料的组合，中间填充层为阿贝数较小的光学塑料。此MLDOE在最大光束全视场角为110°情况下，设计波段内的各个波长的衍射效率高达90%以上，可有效提高折衍混合光学系统的能量利用率，提高成像质量。
光学设计 衍射光学 多层衍射光学元件 衍射效率
浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
将拓扑荷为4的螺旋相位光束与平面光干涉的计算全息图输入到空间光调制器中，得到含有多个衍射级次的高阶涡旋光束。为提高衍射效率，利用激光直写技术制作拓扑荷为4的高阶螺旋相位板，经测定，相位板深度理论数值为1.073 μm，测量数值为1.082 μm，相位板制作误差在0.83%以内。平行光束通过此相位板时，在夫琅和费衍射场获得一个高质量的高阶光学涡旋，光强分布与理论数值基本吻合，衍射效率达到86%。
衍射光学元件 螺旋相位板 光学涡旋 计算全息 激光直写 diffraction optical element spiral phase plate optical vortex computer-generated hologram direct laser writing 强激光与粒子束
2011, 23(12): 3283
1 浙江师范大学信息光学研究所， 浙江 金华 321004
2 浙江师范大学浙江大学光学联合实验室， 浙江 杭州 310027
利用波动方程，研究了超短脉冲艾里(Airy)光束在自由空间传输时的空间诱导群速度色散（SIGVD）效应，并分析了影响SIGVD大小的因素。通过数值模拟，发现二阶SIGVD效应导致脉冲艾里光束在时域展宽，三阶SIGVD效应导致光束在时域出现非对称的拖尾振荡结构，这表明时域也为艾里分布的光束。因此，通过补偿二阶SIGVD效应，利用三阶SIGVD效应，即可在自由空间形成时空域均为艾里分布的Airy-Airy-Airy光束。
物理光学 色散 波传播 衍射 超快现象 中国激光
2011, 38(12): 1202005
1 浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
2 成都精密光学工程研究中心, 成都 610041
为了有效地表征和评价光学元件局部小尺度波前畸变, 提出了能同时反映空间频率和空间位置的Wigner分布函数评价方法。通过理论分析Wigner分布函数与功率谱密度之间的关系, 得到了局部波前畸变的评价方法和指标。模拟计算和实验结果验证了该方法的有效性, 并表明: 该方法不但能判断光学元件的中频误差是否满足惯性约束聚变系统要求, 而且还能确定不满足要求的特定区域, 从而有效地指导光学元件的返修。
Wigner分布函数 功率谱密度 局部波前畸变 光学元件 Wigner distribution function power spectrum density local wavefront deformation optical component 强激光与粒子束
2010, 22(11): 2621
浙江师范大学信息光学研究所, 浙江 金华 321004
提出了一种用于衍射光学元件优化设计的混合遗传迭代爬山算法,该算法将迭代量化傅里叶变换算法融入到遗传算法中,然后在整体遗传算法结束后,对找到的当前最优解再用爬山法进行局部寻优,从而得到最优的衍射光学元件表面相位分布.用该混合方法设计了衍射光学元件,可以将入射的高斯光束整形成方形的均匀光斑.模拟结果表明:该混合算法具有收敛速度快、设计准确度高等优点.相比于其它设计方法,本文提出的方法能较好地改善整形效果,特别适用于光束整形的衍射元件设计.
衍射光学元件 遗传算法 混合算法 光束整形 Diffractive optical element Genetic algorithm Hybrid algorithm Beam shaping
