Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Key Laboratory of Weak Light Nonlinear Photonics, Nankai University, Tianjin 300071, China
2 Institute of Space Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330031, China
3 National Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, China
4 Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, China
5 Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
Micromachining based on femtosecond lasers usually requires accurate control of the sample movement, which may be very complex and costly. Therefore, the exploration of micromachining without sample movement is valuable. Herein, we have illustrated the manipulation of optical fields by controlling the polarization or phase to vary periodically and then realized certain focal traces by real-time loading of the computer-generated holograms (CGHs) on the spatial light modulator. The focal trace is composed of many discrete focal spots, which are generated experimentally by using the real-time dynamically controlled CGHs. With the designed focal traces, various microstructures such as an ellipse, a Chinese character “Nan”, and an irregular quadrilateral grid structure are fabricated in the z-cut wafers, showing good qualities in terms of continuity and homogeneity. Our method proposes a movement free solution for micromachining samples and completely abandons the high precision stage and complex movement control, making microstructure fabrication more flexible, stable, and cheaper.
manipulation of optical fields computer-generated holograms focal trace microstructures Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 010502
中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
在经典Gerchberg-Saxton(GS)算法的基础上，提出一种改进的快速三维GS 算法获取目标场的全息图(CGH)并用于全息光镊系统中，从理论和实验上充分证明了该算法的快速性和有效性。实验搭建了一套基于纯相位液晶空间光调制器(SLM)的全息光镊系统，实现了对酵母菌细胞和二氧化硅小球等微粒的多光阱、多平面三维稳定捕获和动态操纵。实验上还产生了具有强度梯度的线状光阱和光学涡旋光阱，实现了对微粒的运输和旋转操纵。这种可以对微粒实现多光阱、多平面动态三维操纵的全息光镊系统为生物、胶体物理等研究提供了一种新的微操纵工具。
全息 光学捕获 光镊 GS算法 计算机产生全息图
1 装甲兵工程学院 控制工程系, 北京 100072
2 装甲兵工程学院 信息工程系, 北京 100072
提出了一种基于基元全息图频谱分析的计算全息参考光角度选择方法.通过分析基元全息图的空间频谱成分, 导出全息图正确再现需要满足的约束条件;求解了基于空间光调制器的计算全息再现系统的参考光角度取值范围;用N-LUT算法计算了成像距离为1 000 mm时, 一幅22.5 mm×26.1 mm的二维图像取不同参考光角度时的全息图, 并进行了数字再现和光学再现实验.结果表明：参考光角度在0.893 8°到1.398 0°之间选择可以获得质量良好的再现像;参考光角度小于0.893 8°时, 再现像与共轭像不能完全分离, 参考光角度大于1.398 0°时, 全息图频率过高会造成欠采样, 导致再现像与下一级共轭像互相交叠.实验现象与理论分析一致, 验证了参考光夹角选择方法的正确性.
计算全息 参考光角度 空间频谱 共轭像 空间光调制器 Computer-generated holograms Angle of reference beam Spatial frequency Conjugate image Spatial light modulator
1 中国科学院光电技术研究所应用光学实验室， 四川 成都 610209
2 中国科学院大学， 北京 100049
为实现非球面元件表面面形的高精度检测，提出并设计了一种兼具相位补偿、装调计算全息图(CGH)和待测非球面的多功能计算全息图。多功能计算全息图由主全息、对准全息和基准全息3部分组成。介绍了各部分的工作原理及其设计方法，比较了辅助全息装调方法和普通装调方法的优劣，并给出了检测Φ187.72 mm、F数为1.71的凹非球面镜的计算全息设计实例，分析了影响全息检测精度的各项误差源，计算得出所设计的计算全息的检测精度可达4.75 nm，实现了非球面元件面形的高精度检测。
全息术 非球面检测 计算全息图 光学设计 误差分析 激光与光电子学进展
2012, 49(11): 110902
1 苏州大学现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
2 苏州大学江苏省现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
设计一种特殊的应用于计算全息法(CGH)高精度检测离轴凸非球面系统的照明系统。该照明系统一方面用作参考系统，另一方面将检测光近似垂直投射到待检测镜面上，使得检测系统为近似共光路系统，降低照明系统的制造精度。分析了照明系统的几何光路模型，将复杂的两用途系统简化，得到照明系统工作距离、照明系统焦距以及参考面曲率半径三个特征参量之间的关系。设计时，通过控制这几个特征参量，得到满足检测要求的系统初始结构。设计结果表明，该方法可以满足系统使用要求。
全息术 计算全息法 离轴凸非球面 照明系统 近似共光路
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
为了同时对长焦透镜的面形和焦距进行高精度检测，提出在Zygo干涉仪的球面光路中加入一个二元衍射元件作为检测件的计算全息法。 首先对计算全息法检测长焦透镜的面形和焦距进行了理论推导，并给出焦距误差公式。在Zemax中使用在平面基底上制作的二元衍射元件对一个长焦透镜的面形和焦距进行了模拟检测，其中对该长焦透镜面形的干涉检测PV值为0.003 4λ，对焦距的检测精度为-0.11%。最后详细分析了两类误差对检测结果的影响，其中光学元件的位置误差影响不超过0.1λ；二元衍射元件的制造误差影响约0.01λ，在具体制造过程中，其径向位置误差和台阶误差可分别在2 μm和5 nm之内。在综合考虑各项误差的情况下，该方法的检测精度仍然可控制在2λ/25之内。
光学设计 计算全息法 长焦透镜 光学面形检测 optical design Computer-Generated Holograms(CGH) long focal length lens optical surface testing
Laser Group,Department of Engineering,University of Liverpool,Brownlow Street,Liverpool,L69 3GQ,UK
1 中国科学院光电技术研究所,成都 610209
2 中国科学院研究生院,北京 100039
基于全息补偿检验非球面的原理,提出并设计了一种二元纯相位型双计算全息图。该全息图由主全息和对准全息两部分组成,用于检测非球面的主全息位于基底的中心,而对准全息位于其边缘,用来精确定位主全息,从而消除离焦、偏心及倾斜所引入的误差。两部分全息同心是实现对主全息准确定位的前提,为此,提出了"一次曝光,两次刻蚀"的制作方法,即一次性将两部分图形在同一块掩膜版上制作出,曝光一次后,基底经两次刻蚀制作出具有两种不同相位深度的双计算全息图。最后给出了一个检测Φ140、F2抛物面镜的双计算全息设计实例,并将其检测结果与自准直检测结果比较,二者吻合良好,验证了该设计方法的正确性及制作工艺的可行性。
测量 凹非球面 计算全息图 湿法刻蚀 measurement concave aspherical surface computer-generated holograms wet etch
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
为实现对凹非球面的高精度检测,提出并设计了一种二元纯相位型双计算全息图。设计的双计算全息图由主全息和对准全息两部分组成,分别用于检测非球面和精确定位主全息。介绍了双计算全息图的工作原理及其设计方法,并给出了一个检测Φ140、F/2抛物面反射镜的双计算全息图设计实例,实验得到的均方根(RMS)误差为0.062λ。通过分析对准全息的误差,推导出主全息的条纹位置畸变误差,最后计算出其综合误差为0.06λ。为验证实验结果的可靠性,将其与平面镜自准直检测结果(ERMS=0.062λ)比较,结果二者吻合良好。
光学测量 凹非球面 计算全息图 零位检验 自准直检验
1 浙江师范大学信息光学研究所,金华,321004
2 温州师范学院物理系,温州,325003
提出利用查表方法进行数字彩虹全息的计算方法.根据彩虹全息的基元全息图为线全息图的特点,,建立空间点阵物点的线全息物光分布数据表.在对实际物体进行计算时,根据物点的位置,在数据表中找到与之对应的物光分布,并将这些分布进行叠加,从而形成实际物体被狭缝限制的物光分布,最后引入参考光计算其彩虹全息图.本方法充分利用了线全息图的性质,使得计算量大大减小,同时提高了计算速度.
计算机制全息图 彩虹全息图 查表法 Computer generated holograms Rain-bow holograms Look-table
