1 湖北汽车工业学院数理与光电工程学院，湖北 十堰 442002
2 信息工程大学信息系统工程学院，河南 郑州 450001
针对目前钢珠类球形部件的直径和圆度测量系统较为复杂、测量仪器成本较高等问题，提出一种基于菲涅耳衍射测量钢珠直径和圆度误差的方法。利用圆点标定板校准圆球菲涅耳衍射的峰值点和投影边缘的关系，根据光强分布曲线测量钢珠直径及圆度误差。实验结果表明，在不考虑钢珠表面的漫反射及散射的情况下，对直径为毫米级别的钢珠进行测量时，其直径和圆度误差的测量不确定度分别在0.0031 mm（置信水平95%）和0.0046 mm（置信水平95%）以内。该测量系统的组成简单，无需额外的光学系统，且成本较低。
测量 菲涅耳衍射 梯度Hough变换 直径测量 圆度误差 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0126003
北京理工大学 光电学院 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心, 北京 100081
曲面计算机全息图可以增加全息显示的视场。然而, 繁重的计算量仍然是实时生成曲面计算机全息图的阻碍。提出了一种基于双步菲涅尔衍射的曲面计算机全息图快速生成方法。该方法包括两个步骤:第一步是使用双步菲涅耳衍射生成平面计算机全息图, 第二步是根据光衍射传播定律将平面计算机全息图补偿为曲面计算机全息图。数值模拟结果表明, 与使用点源法直接计算相比, 计算时间明显缩短, 重建图像的质量满足人眼的观看需求。光学实验结果与数值模拟结果吻合。预期该方法可以在未来的实时曲面全息显示中得到广泛应用。
计算机全息图 双步菲涅尔衍射 衍射理论 曲面计算机全息图 计算速度提升 computer-generated hologram Double-step Fresnel Diffraction diffraction theory curved computer-generated hologram calculation speed improvement
从理论和实验两方面研究了球面波入射二维光栅的泰伯效应。首先，分析球面波入射光栅后，菲涅耳衍射区光场的复振幅分布；其次，讨论了泰伯像及分数泰伯像的成像条件，得出成像位置及成像周期由光源至光栅的距离、光栅至观察面的距离共同决定，并且球面波入射光栅的泰伯距离等于其周期放大率与平面波入射光栅泰伯距离的乘积。实验结果与理论结果相符合，在特定位置处可观察到清晰的泰伯像及分数泰伯像。改变光源平面与光栅的距离，泰伯像按特定规律发生变化。由于光栅周期小于两倍孔径边长、球面波自身发散特性，分数泰伯像中出现像元交叠现象，按交叠程度可将交叠图像分为两种分数泰伯像，即点状离散分布及棋盘分布。本文研究可促进泰伯效应在光学测量及阵列照明等方面的应用。
衍射 二维光栅 泰伯效应 菲涅耳衍射 球面波 像元交叠 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1105002
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
在采用哈特曼法测量的自动对焦式焦度计中,哈特曼光阑具有选择光线和决定测量分辨率的作用,其孔径大小和孔间距直接影响CCD接收器上成像光斑质量从而导致光斑位置测量误差。根据哈特曼光阑上圆孔的排布方式建立了目标函数模型,利用孔径光阑衍射干涉光学理论结合Matlab仿真确定了变量模型,以枚举法作为极值搜寻方法,完成了优化光阑圆孔最佳孔径的程序编制,求得一定测量面积内哈特曼光阑最佳孔径,并搭建基于哈特曼法测量镜片的实验平台,通过对比实验证明了此方法求得的最佳孔径值的可靠性。
成像系统 焦度计 哈特曼光阑 菲涅耳衍射 最佳孔径 光学学报
2021, 41(10): 1011002
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
分布式全息孔径数字成像技术是利用数字全息技术记录子孔径的复振幅信息, 再通过孔径间复振幅拼接实现综合成像的一种主动成像技术。在工程应用中, 成像系统的装配误差会使子孔径复振幅间产生形位误差, 进而使孔径综合后的图像变模糊。在已有的方法中, 大多是以相似变换模型校正形位误差, 但是复振幅与理想复振幅间是复杂的投影变换关系, 所以基于相似变换模型的方法不再适用。首先提出一种在像面校正复振幅间形位误差的方法, 该方法先通过像面图像配准对像面复振幅进行投影变换校正, 再对校正后的像面复振幅进行逆菲涅尔衍射, 得到形位误差校正后的瞳面复振幅。进而搭建了分布式全息孔径成像系统, 并采用在像面校正复振幅间形位误差的方法有效地校正了形位误差。
自适应光学 数字全息 形位误差校正 分布式成像 投影变换 菲涅尔衍射 adaptive optics digital holography shape and position error correction distributed imaging projection transformation Fresnel diffraction
常州机电职业技术学院 信息工程学院, 江苏 常州 213164
为了提高光学图像加密系统中双随机相位编码加密技术的安全性, 提出了一种基于DNA编码与菲涅尔域DRPE的双重光学加密技术。对光学图像进行DNA编码, 通过DNA编码的加法运算与交叉操作对光学图像进行初步的置乱处理; 在菲涅尔域对像素进行双随机相位编码加密处理, 在加密过程中使用一个副图像生成两个混合相位模板; 将双随机相位编码加密的图像与两个随机矩阵的克罗内克乘积相乘, 获得最终的加密结果。仿真实验结果表明, 所提加密方案在加密过程中增加了密钥数量, 通过双重置乱处理增强了加密系统的抗攻击能力。
光学加密技术 双随机相位编码加密 菲涅尔衍射 克罗内克乘积 相位模板 optical encryption technology double random phase encoding Fresnel diffraction Kronecker product phase mask
Author Affiliations
Abstract
Centre for Micro-Photonics, Faculty of Engineering, Science and Technology, Swinburne University of Technology, John Street, Hawthorn, VIC 3122, Australia
Graphene oxide (GO) ultrathin flat lenses have provided a new and viable solution to achieve high resolution, high efficiency, ultra-light weight, integratable and flexible optical systems. Current GO lenses are designed based on the Fresnel diffraction model, which uses a paraxial approximation for low numerical aperture (NA) focusing process. Herein we develop a lens design method based on the Rayleigh-Sommerfeld (RS) diffraction theory that is able to unambiguously determine the radii of each ring without the optimization process for the first time. More importantly, the RS design method is able to accurately design GO lenses with arbitrary NA and focal length. Our design is experimentally confirmed by fabricating high NA GO lenses with both short and long focal lengths. Compared with the conventional Fresnel design methods, the differences in ring positions and the resulted focal length are up to 13.9% and 9.1%, respectively. Our method can be further applied to design high performance flat lenses of arbitrary materials given the NA and focal length requirements, including metasurfaces or other two-dimensional materials.
ultrathin flat lens graphene oxide Rayleigh-Sommerfeld diffraction Fresnel diffraction Opto-Electronic Advances
2018, 1(7): 180012
中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 宇航科学与技术系, 北京 101416
为了制备大拓扑荷数涡旋光, 对基于螺旋相位板多通的拓扑荷数4重加倍进行了理论分析、仿真模拟和实验验证。根据菲涅耳衍射积分定理, 推导了基于螺旋相位板多通的涡旋光拓扑荷数加倍原理。设计了4重加倍装置, 建立了相应模型并模拟了拓扑荷数4重加倍后的涡旋光强分布。绘制了相对强度、光束半径随距离变化曲线, 得到了加倍过程中半径和强度不会发生突变的结论。最后, 使用该装置成功制备了拓扑荷数为4、8、12、16的涡旋光束并对该实验中高阶涡旋光质量较差的原因进行了分析。
涡旋光 螺旋相位板 拓扑荷数 偏振 菲涅耳衍射 optical vortex spiral phase plate topological charge polarization Fresnel diffraction 红外与激光工程
2018, 47(9): 0918008
为满足特定观测区域光波场的较高空间分辨率要求, 提出一种在衍射计算中引入虚拟光波场, 利用初始光波场的取样数表示观测平面任意区域衍射场的计算方法。通过应用该方法对具体实例进行模拟计算, 结果表明该方法在观测区域所获得的有效信息量增加, 所获得的衍射场空间分辨率可以达到5.2×10-3 mm/pixel, 而S-FFT计算获得的衍射场空间分辨率为26.6×10-3 mm/pixel。并且在基于该方法的彩色数字全息波前重建的实验研究中, 所得结果表明该方法能够取得更好的重建效果。
菲涅耳衍射 彩色数字全息 虚拟光波场 衍射计算 Fresnel diffraction color digital holography virtual light wave field diffraction calculation
