用焦平面成像法测量液相扩散系数的研究进展

系统地介绍了一种能够快速、准确测量液相扩散系数的新方法——液芯柱透镜焦平面成像法.该方法利用柱型液芯透镜特有的折射率空间分辨测量能力,结合Fick第二定律测量液相扩散系数.为提高液相扩散系数的测量精度,液芯柱透镜需要具有较高的折射率灵敏度,较小的焦距测量偏差和较小的最小可分辨折射率改变量;同时需要减小球差以保证扩散图像的成像质量.根据不同需求我们分别设计并制作了玻璃毛细管、对称液芯柱透镜、非对称液芯柱透镜和双液芯柱透镜,用于快速、准确、稳定地测量液相扩散系数.基于液芯柱透镜焦平面成像法的测量仪器,能够发展成为一种具有完全自主知识产权的液相扩散系数测量仪.     

应用于成像系统的高矢高透镜阵列制备

在移动掩模光刻技术的基础上,本文提出一种可用于成像系统的高矢高透镜阵列制备的二次光刻方法。二次光刻分别用于减小抗蚀剂表面粗糙度和借助移动掩模光刻制备高矢高透镜阵列。通过这种方法,我们成功制备了矢高254 mm的透镜阵列。透镜矢高约为传统移动掩模光刻技术制备透镜阵列矢高的二倍。进而,制备的透镜阵列被用于集成成像系统,获得了高质量的三维图像。这一结果很好的证明了该种二次光刻方法可用于成像系统高矢高透镜阵列的制备,具有较好的应用前景。     

用于成像系统的高矢高透镜阵列光刻技术(英文)

在移动掩模光刻技术的基础上,提出一种可用于成像系统的高矢高透镜阵列制备的二次光刻方法。二次光刻分别用于减小抗蚀剂表面粗糙度和借助移动掩模光刻制备高矢高透镜阵列。通过这种方法,制备了矢高254μm的透镜阵列。透镜矢高约为传统移动掩模光刻技术制备透镜阵列矢高的二倍。进而,制备的透镜阵列被用于集成成像系统,获得了高质量的三维图像。这一结果很好地证明了此种二次光刻方法可用于成像系统高矢高透镜阵列的制备,具有较好的应用前景。     

球透镜的折射率计算与成像分析

从Snell定律出发,给出了球透镜折射率的计算公式,并研究了不同折射率情况下球透镜的成像特性和耦合效率。结果表明:折射率为1.57的球透镜具有很好的成像,能够有效地将来自球透镜的光汇聚,但是其耦合效率只有63%;折射率为2.77的球透镜,由于其焦点在球透镜内部,因此通过球透镜的光将产生发散,不能很好成像,且耦合效率较低,最大只有40%,但是通过增加准直系统和折射率为1.57的球透镜后,其耦合效率可以达到70%。     

全景环形透镜成像展开算法研究

全景环形透镜成像系统是一种新型光学成像系统,无需扫描便能一次性实现全景成像。这在实时性和成本方面比传统光学系统具有不可比拟的优势。但是,因为全景环形透镜基于平面圆柱投影原理,将全景三维空间成像压缩到一个二维的环形平面内,并不适合人眼正常的视觉观察,所以需要将其展开。本文对全景环形透镜的成像原理进行了深入的研究,基于简单的等值分份原理在MATLAB中对全景环形成像进行了展开。该算法不仅适用于全景柱面空间成像,也适用于全景三维空间成像。实验结果表明,展开后效果良好。     

基于增强倏逝波的声透镜光声成像系统设计

光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法。在分析当前光声成像系统中传统声学透镜的倏逝波衰减导致包含图像细节的高频信息丢失的基础上,提出使用负折射透镜,让倏逝波参与成像,突破传统声学透镜的衍射极限,从而大幅提高成像分辨率。同时依据光声效应产生的超声波具有波的特性,在研究中还发展、完善了声学信息系统的相关理论以及三维声成像技术。通过实验对比得到了超越普通声学透镜的生物组织的光声成像效果。     

柱透镜的位相变换作用

基于薄透镜假定和傍轴近似,给出了包含标准圆柱透镜、椭圆柱透镜、抛物柱透镜、双曲柱透镜等二次柱面透镜的位相变换因子,说明柱透镜这类位相物体在衍射光场中的单向调制作用,同时结合菲涅耳衍射实例体现了这类单柱透镜在实现组合变形分数傅里叶系统中的基元特性、灵活性及实用性.     

编码掩模红外成像系统的建模与指标分析

一种编码掩模红外成像系统的建模方法,模型由两个功能部分组成:编码掩模和理想透镜组成的成像部分以及实际透镜的非理想成像部分.其中,第一部分可表达为掩模按照掩模到镜头前平面的距离发生菲涅尔衍射的作用,第二部分可表达为平行光照射光瞳结构并按照同样的距离发生菲涅尔衍射后的聚焦结果.因此,编码掩模成像系统的点扩散函数PSF可以由编码掩模的衍射模式和实际透镜的PSF组成.根据编码掩模的评价函数以及系统PSF的估计,研究发现,基于Dammann光栅结构的编码掩模模式对于直接成像和图像恢复重建具有比较均衡的性能.实验结果表明,对于直接成像的编码掩模成像系统,其掩模应该具有较强的随机性,而对于图像重建系统需具有较多的周期性结构.     

衍射成像有频域中的描述

从理论上讨论了从单色光照明到相干，非相干以及部分相干照明情况下，由单透镜成像到多透镜的成像系统。在频域中用光学传递函数描述了光通过衍射受限系统后的成像特性。     

基于液晶空间光调制器的程控变焦透镜

提出一种利用显示在两个程控液晶空间光调制器（LC—SLM）上的菲涅尔透镜建立程控变焦成像系统的方法．通过对该系统的理论分析,得出了成像系统的放大率与两个菲涅尔透镜焦距之间的关系式．在此基础上利用Matlab设计了系统所需要的菲涅尔透镜,对该成像系统的成像特性进行了计算机模拟研究,并讨论了LC—SLM的抽样基元大小与成像质量的关系．最后,建立了相应的光学实验装置,并给出了与计算机模拟相一致的实验结果．     

浅析光程的等价替换方式

利用费马原理,以凹透镜为例推导薄透镜的成像公式,发现在成虚像的情况下,光程可以用一种较简单的等价方式替代.球面反射、球面折射成像都可以看作是薄透镜成像的特例,因此本文对薄透镜成像公式的推导和分析具有一定的实用性和通用性.     

光纤端面光学检测非球面物镜系统设计

针对传统的基于球面显微成像的光纤连接器端面检测系统结构和像差的问题,将制作工艺日趋成熟的非球面模压玻璃透镜引入到检测系统中。介绍了非球面透镜设计的基本原理和非球面光学玻璃透镜模压成型的基本工艺,分别设计了球面透镜和非球面模压透镜检测系统,给出了系统的结构参数,评价了系统的成像质量。在系统分辨率相同的情况下,得到了结构简单、共轭距更短,有利于工程应用的非球面检测系统。给出了检测系统的机械结构图,并将非球面系统应用到实际生产和在线检测中,达到了设计的要求。     

利用复合型介质透镜的毫米波成像研究

毫米波焦平面成像技术有广泛的应用前景.本文采用一种复合型介质透镜,将其用于主动式毫米波成像系统,测量了透镜材料的折射率,对金属板进行成像,得到了轮廓较为清晰的图像.     

旋转二次曲面折射成像的精确公式及应用

当今光学仪器中,大都使用球面透镜,而这种透镜形成较大像差,非球面透镜能够克服球面透镜的缺点,具有很高的实用价值,故对放转二次曲面及其透镜成像质量的研究将有重要意义,本文以折射定律为基础,导出了非近轴光线在旋转二次曲面上折射成像的精确公式,并给出了应用实例。     

基于声学散射透镜的低成本光声断层成像方法

光声断层成像需要使用换能器阵列及多通道系统，硬件成本较高，制约了其广泛应用.为降低成本，设计了一种基于声学散射透镜的光声断层成像方法，利用声学多重散射过程中的多路径效应达到增大探测阵列等效数值孔径的作用，从而减少信号探测过程所需换能器数量.通过数值模拟实验，首先分析了散射透镜格林函数的精确测量方法，随后利用四个散射透镜共同作用实现了高质量光声断层成像，并对影响成像质量的相关因素进行了具体研究.提出的散射透镜无须复杂制作工艺或特殊材料，系统只需四个超声换能器即可实现快速成像，可降低光声断层成像系统的硬件成本.     

超振荡透镜的三维全矢量电磁分析方法

为了揭示超振荡透镜(SOL)亚波长聚焦本质和高分辨率成像机理,阐述了超振荡透镜的三维全矢量电磁分析方法,包括矢量电磁聚焦和矢量电磁成像两个连续物理过程。采用矢量角谱理论,计算预测超振荡透镜后多衍射光束精细干涉形成的矢量光场分布,利用等价磁偶极子矢量成像理论,定量计算探测面内像场分布。研究结果表明:三维时域有限差分法建模的严格求解结果与矢量角谱结果基本吻合;高倍、大数值孔径显微成像系统具有选择性偏振滤波成像机理,特别是可对纵向偏振分量进行抑制。该研究为超振荡透镜应用于纳米光刻、超分辨显微技术、粒子操控等领域提供了理论基础。     

体全息成像系统的研究

体全息成像系统是结合一个作为光学场处理的体全息组件的成像系统.本文提出了一种利用体全息元件在三维成像中的应用的新的方法.体全息透镜由于其用于全息记录的感光胶膜的厚度和所具有的布拉格选择性,使得体全息成像系统可以利用光分层进行体全息三维成像且可选择识别物体的特殊属性(如空间位置、光谱信号等).     

空气中三薄透镜组合系统的基点

从薄透镜组的焦距、主点距和光焦度出发,讨论了空气中三组合透镜系统的基点和光焦度,为三薄透镜组合系统一次成像的计算提供了方便．     

基于龙格库塔法解析双液体变焦透镜的初始特性

双液体变焦透镜受电润湿效应驱动,其焦距的变化完全取决于两种液体之间接触面的变化.通过Yang方程推导得到描述接触面的微分方程并以此分析双液体变焦透镜内导电液体、绝缘液体、容器内壁三者间的物理化学性质对初始接触面形貌及初始特性的影响.利用Matlab结合龙格库塔法以数值解描述双液体变焦透镜的接触面特性,并且结合具体试剂的物理性质在ZEMAX中模拟单透镜成像.最后在实验中对比验证得到,存在密度差的双液体变焦透镜接触面的面型为非球面,且经过接触面形貌调制的双液体变焦透镜拥有更好的边缘成像质量,使得双液体变焦透镜在小型化成像系统中有着巨大的应用前景.     

基于无透镜数字全息的显微成像系统

基于无透镜数字全息成像与再现的原理和范西泰特-泽尼克定理,对同轴无透镜数字全息显微成像系统可测量微颗粒的大小范围以及各元件之间的距离进行了推导,得到了较为准确的数据并设计搭建了系统。结果表明,无透镜数字全息显微成像系统相较于传统显微镜有不受空气中灰尘的干扰、视场大且可通过计算机处理提高图像质量等优点。通过用设计的系统观察直径在2～10μm的金刚砂,并与显微镜观察的图像做对比,证明了理论推导与结果相一致。