信息光學(xué)的前沿

信息光學(xué)前沿簡(jiǎn)介信息光學(xué)前沿主要領(lǐng)域和方向是：1、集成光信息處理

（數(shù)字光計(jì)算、光學(xué)互連、衍射光學(xué)）2、新的成像系統(tǒng)

（光學(xué)計(jì)算機(jī)斷層成像、三維共焦成像系統(tǒng)）3、光學(xué)三維傳感

（主動(dòng)三維傳感、被動(dòng)三維傳感）4、新一代的全息術(shù)和光學(xué)信息處理5、信息光學(xué)的新材料和裝置6、人機(jī)接口與顯示7、信息光學(xué)的基礎(chǔ)問(wèn)題

（非線性光學(xué)、超快光學(xué)現(xiàn)象、散射、位相共扼、信息理論……）8、。。。。。。衍射光學(xué)定義衍射光學(xué)（二元光學(xué)）是基于光波衍射理論發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興光學(xué)分支，是光學(xué)與微電子技術(shù)相互滲透、交叉而形成的前沿學(xué)科。優(yōu)點(diǎn)衍射光學(xué)元件具有微型化、易復(fù)制、易集成、造價(jià)低、可產(chǎn)生任意波前、衍射效率高、設(shè)計(jì)自由度多、材料可選性寬、色散性能獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用在微透鏡陣列、光通信、光互連、光計(jì)算機(jī)、激光束波面校正等方面有廣闊應(yīng)用前景，是集成光信息技術(shù)中重要元件。局限由于光波的衍射與光波波長(zhǎng)有關(guān)，且位相量化也會(huì)產(chǎn)生再現(xiàn)波前的誤差，衍射光學(xué)元件并不能完全代替現(xiàn)有的折射光學(xué)元件。衍射透鏡具有多重離散相階分束光柵陣列分束器

衍射透鏡幾種典型的衍射光學(xué)元件(a)二值型，只包括兩個(gè)位相等級(jí)。(b)多值型，包括N個(gè)位相等級(jí)。隨著N的提高，衍射效率也隨之增加，但對(duì)制作工藝的要求也隨之提高，當(dāng)N趨于無(wú)窮時(shí)，成為連續(xù)型位相分布，衍射效率達(dá)到100％。(c)折衍混合型，它結(jié)合了折射和衍射光學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)。(d)連續(xù)面形型制作衍射光學(xué)元件的光學(xué)光刻法光學(xué)光刻可實(shí)現(xiàn)二元衍射微光學(xué)元件和連續(xù)面形微光學(xué)元件。主要有二元光學(xué)方法、掩模移動(dòng)法、灰階掩模法、熱熔法和梯度折射率方法等。二元光學(xué)方法例：采用光刻方法加工8臺(tái)階二元衍射微光學(xué)元件采用三塊不同頻率的掩模，通過(guò)三次甩膠、曝光、顯影、刻蝕等工藝，可實(shí)現(xiàn)95%衍射效率的微光學(xué)元件。二元光學(xué)方法第一步：計(jì)算元件表面的相位分布已知成像系統(tǒng)中入射場(chǎng)和輸出平面上光場(chǎng)分布，計(jì)算輸入平面上相位調(diào)制元件的相位分布，使得它正確地調(diào)制入射波場(chǎng)，高精度地給出預(yù)期輸出平面上光場(chǎng)分布。對(duì)于連續(xù)型的相位分布而言，這種計(jì)算過(guò)程實(shí)質(zhì)上是從衍射元件求解所需實(shí)際光場(chǎng)逆過(guò)程，在理論上和計(jì)算上并不困難。但是衍射光學(xué)元件的制作工藝要求元件是臺(tái)階形分布，即連續(xù)波面的量化表示，使這個(gè)問(wèn)題變得較為復(fù)雜。二元光學(xué)方法第二步：設(shè)計(jì)制作二元振幅型掩膜按照計(jì)算的位相分布，設(shè)計(jì)并制作刻蝕用的二元振幅型掩膜，通常N級(jí)位相臺(tái)階需要設(shè)計(jì)n個(gè)掩膜，使二元光學(xué)方法第三步:在片基上刻蝕出臺(tái)階用掩膜對(duì)涂了感光層的片基曝光與處理，然后用電子束或離子束刻蝕機(jī)在片基上刻蝕出臺(tái)階。這一過(guò)程應(yīng)在計(jì)算機(jī)控制下，并對(duì)n套掩膜重復(fù)作n次，才能產(chǎn)生N個(gè)位相等級(jí)的臺(tái)階，即產(chǎn)生所需要的衍射光學(xué)元件。在制作過(guò)程中，掩膜和片基的定位與對(duì)準(zhǔn)要求很高，例如片基表面刻蝕深度的精度要達(dá)到幾個(gè)nm量級(jí)，掩膜定位對(duì)準(zhǔn)精度要達(dá)到0.1um量級(jí)。掩模移動(dòng)法、灰階掩模法和熱熔法采用掩模移動(dòng)法制作任意面形微光學(xué)陣列元件，首先根據(jù)要求的面形設(shè)計(jì)掩模，然后在曝光過(guò)程中通過(guò)移動(dòng)掩模，實(shí)現(xiàn)各部分的不同曝光量，最后通過(guò)顯影、反應(yīng)離子刻蝕，將光刻膠的面形傳遞到光學(xué)表面材料上?；译A掩模法是根據(jù)微光學(xué)元件所需面型（任意面形），對(duì)掩模進(jìn)行灰階編碼，形成相應(yīng)的光強(qiáng)透過(guò)率分布函數(shù)，通過(guò)一次曝光、顯影，即可得到相應(yīng)的光刻膠面形，最后通過(guò)刻蝕，得到光學(xué)材料上的面形。熱熔法是通過(guò)曝光后光刻膠的表面張力作用的收縮，形成面形。方法比較二元衍射方法雖然能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜面形而得到廣泛應(yīng)用，但受到光刻線寬分辨率的限制，而不能制作較大數(shù)值的微光學(xué)元件；存在量化誤差。掩模移動(dòng)法和灰階掩模法具有設(shè)計(jì)靈活、能制作任意面形的微光學(xué)元件，但是掩模制作過(guò)程中數(shù)據(jù)量較大，難于精確地控制面形。熱熔法由于面形不容易控制而應(yīng)用領(lǐng)域受到限制?？偟恼f(shuō)來(lái)，二元衍射方法適合于小數(shù)值孔徑微光學(xué)元件，而連續(xù)面形方法適合于制作大數(shù)值、小口徑微光學(xué)元件。多層衍射光學(xué)元件及鏡頭

校正色散的原理

窄帶帶通濾波器從前，只有在玻璃上鍍30層以上光學(xué)薄膜的方法才能實(shí)現(xiàn)，而若應(yīng)用樹(shù)脂的超微細(xì)衍射結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)低價(jià)格量產(chǎn)，飛躍性促進(jìn)個(gè)人通信系統(tǒng)及高速局域網(wǎng)的普及。有關(guān)衍射光學(xué)元件的論文衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)及其在半導(dǎo)體激光器中的應(yīng)用研究衍射光學(xué)元件在成像光譜中應(yīng)用衍射光學(xué)元件在紅外像傳感器中的應(yīng)用研究一種提高光頭存儲(chǔ)密度的衍射光學(xué)元件衍射光學(xué)元件在光通信中的應(yīng)用

在國(guó)防安全照明系統(tǒng)中應(yīng)用的衍射光學(xué)元件

用衍射光學(xué)元件生成無(wú)衍射光束用衍射光學(xué)元件提高出射光束的焦深衍射光學(xué)元件在光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用衍射光學(xué)元件用于光學(xué)圖像加密雙波長(zhǎng)共焦衍射光學(xué)元件分析與設(shè)計(jì)衍射光學(xué)元件的反應(yīng)離子束蝕刻研究衍射光學(xué)元件在目鏡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用-------------光學(xué)計(jì)算機(jī)斷層成像利用激光掃描、皮秒級(jí)時(shí)間超分辨技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)形成斷層圖像。激光掃描共聚焦顯微鏡（LSCM）

一.組成

倒置或直立顯微鏡、掃描裝置(照明針孔、探測(cè)針孔和光電倍增管、掃描頭控制電路）、計(jì)算機(jī)（控制、處理和輸出）

二.原理

1、照明針孔、探測(cè)針孔與被探測(cè)點(diǎn)是共軛。

2、由光路中的掃描系統(tǒng)在焦平面上掃描，從而產(chǎn)生一幅完整的共焦圖像。

3、隨著Z軸的不斷移動(dòng)，就可得到樣品不同層面連續(xù)的層析圖像。組成、原理被動(dòng)三維傳感定義被動(dòng)三維傳感采用非結(jié)構(gòu)照明方式，從一個(gè)或多個(gè)觀察系統(tǒng)獲取的二維圖像中確定第三維(距離維)信息．局限需先驗(yàn)知識(shí)，或需通過(guò)相關(guān)或匹配等運(yùn)算可以重建物體的三維面形，但這種方法要求大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，而且，當(dāng)被測(cè)物體上各點(diǎn)的反射率沒(méi)有明顯差異時(shí)，這種計(jì)算變得更加困難。應(yīng)用常常用于對(duì)三維目標(biāo)的識(shí)別、理解以及位置形狀分析。主動(dòng)三維傳感定義和原理主動(dòng)三維傳感采用結(jié)構(gòu)照明方式，由于三維面形對(duì)結(jié)構(gòu)照明光場(chǎng)的空間或時(shí)間調(diào)制，可以從攜帶有三維面形信息的觀察光場(chǎng)中解調(diào)得到三維面形數(shù)據(jù)。應(yīng)用由于這種方法具有較高的測(cè)量精度，作為一種三維形貌計(jì)量手段已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。分類1、飛行時(shí)間法、2、基于激光三角測(cè)量的三維傳感、3、基于傅里葉變換的三維傳感4、基于位相測(cè)量的三維傳感。飛行時(shí)間法檢測(cè)光脈沖從發(fā)出到接收之間的時(shí)間延遲，就可以計(jì)算出距離z飛行時(shí)間法為了滿足測(cè)量精度的要求，可采用時(shí)間調(diào)制光束（正弦強(qiáng)度調(diào)制的激光束），比較發(fā)射光束與接收光束之間的位相，計(jì)算確定距離?；诩す馊菧y(cè)量的三維傳感核心部件攝像機(jī)與投影照明系統(tǒng)投影照明方式按照投影照明圖案模式的不同，投影照明系統(tǒng)可分為點(diǎn)結(jié)構(gòu)光、線結(jié)構(gòu)光以及面結(jié)構(gòu)光等投影照明方式。測(cè)量精度高[點(diǎn)結(jié)構(gòu)光照明——線結(jié)構(gòu)——面結(jié)構(gòu)光]低

測(cè)量速度慢[點(diǎn)結(jié)構(gòu)光照明——線結(jié)構(gòu)——面結(jié)構(gòu)光]快基于激光三角測(cè)量的三維傳感（點(diǎn)結(jié)構(gòu)照明）基于激光三角測(cè)量的三維傳感（點(diǎn)結(jié)構(gòu)照明）重建基于激光三角測(cè)量的三維傳感（線結(jié)構(gòu)照明）基于激光三角測(cè)量的三維傳感（線結(jié)構(gòu)照明）面結(jié)構(gòu)光照明面結(jié)構(gòu)照明主動(dòng)三維視覺(jué)系統(tǒng)投影儀CCD攝像機(jī)場(chǎng)景三維重建步驟1、標(biāo)定投影儀和攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣2、確定投影儀參考坐標(biāo)系和攝像機(jī)參考坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系間的關(guān)系3、獲取特征點(diǎn)坐標(biāo)4、實(shí)現(xiàn)三維重建缺點(diǎn)：很難正確獲取復(fù)雜面形的特征點(diǎn)坐標(biāo)。彩色編碼面結(jié)構(gòu)光照明基于傅里葉變換的三維傳感定義以光柵產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光場(chǎng)投影到持測(cè)三維物體表面，由于三維物體表面對(duì)結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的空間調(diào)制，觀察到的變形條紋圖形攜帶了三維面形信息。對(duì)變形條紋圖形進(jìn)行傅里葉分析、濾波和處理，就可以得到物體的三維分布。優(yōu)點(diǎn)該技術(shù)具有比傳統(tǒng)莫爾技術(shù)更高的靈敏度，并全自動(dòng)區(qū)分物體表面