一、二维光束整形的衍射光学元件设计（论文文献综述）
高源,丁剑平,王慧田[1]（2022）在《多模态矢量光场的三维空域调控（特邀）》文中进行了进一步梳理作为表征光具有振动偏向性的本征参量,一直以来偏振都是光场空域调控中重要的研究对象。相较于传统标量光场,具有偏振非均匀分布的矢量光场强调了这种振动偏向性会存在空间差异。早期研究者对矢量光场的调控研究仅限于单个二维平面,主要实现单一偏振参量的模式控制;在此基础上研究人员又对其振幅与相位进行控制,实现了涵盖三个基本调控自由度的多模态矢量光场生成。近年来随着多模态矢量光场在光信息传输、焦场设计、光学微操纵等领域的深度应用,其调控效率的提高与调控维度的纵向延伸两方面研究内容备受关注。研究人员一方面减少调控过程中不必要的能量损耗,另一方面对多模态矢量光场在三维空间中的的空间构型与传播演化过程进行了研究,总结了纵向变化规律,阐明了纵向调控机制,论证了纵向调控可行性。本文回顾了近年来多模态矢量光场的三维空域调控研究进展,首先介绍了数个近年来提出的具有高效化、紧凑化特点的新型矢量场生成装置;之后概述了三种目前相对有效的可实现三维空域多模态控制的矢量场调控方法及其相关调控案例,第一种方案考虑衍射过程,后两种方案则适用于聚焦过程;最后进行了简要总结与展望。
杨滨赫[2]（2021）在《长行程线性导轨四自由度运动误差测量方法》文中指出大型数控机床在装备制造领域占有重要地位。长行程线性导轨作为大型数控机床的关键部件,其精度直接影响大型数控机床的加工精度。要提高长行程线性导轨的精度,就必须对长行程线性导轨的运动误差进行精确的测量。激光运动误差测量方法具有高效率、高精度的优点,可应用在长行程线性导轨的运动误差测量中。激光运动误差测量系统需要在保证测量精度的前提下减小体积,使其能够安装在大型数控机床内,实现对长行程线性导轨运动误差的在线测量。半导体激光器具有体积小、易集成的优点,可作为测量系统的光源以减小测量系统的体积。然而,半导体激光器光束稳定性较差,且出射光斑为椭圆光斑,制约了以半导体激光器为光源的激光运动误差测量系统的精度。因此,改善半导体激光器光束的稳定性和椭圆光斑整形对提高基于半导体激光器的运动误差测量系统的测量精度具有重要意义。本文提出了双反射镜激光光束漂移主动抑制方法,可以在长行程运动误差测量中实时抑制激光的平行漂移（平漂）和角度漂移（角漂）;研制了光束漂移主动抑制系统,采用BPNN-PID控制方法实现快速光束漂移抑制;分析了不同滤波方法对长距离测量中信号噪声滤除的效果;同时提出了基于离焦原理的椭圆光斑整形方法,并分析了测量系统安装误差对四自由度运动误差测量的影响;使用Lab VIEW软件编写了测量程序,实现了测量数据的采集、处理和保存。最后将研制的集成激光光束漂移主动抑制方法和光斑整形方法的长距离四自由度运动误差测量系统对线性导轨进行测量,进一步验证光束漂移主动抑制系统、光斑整形方法和运动误差测量系统的可行性。测量结果表明,本文设计的激光光束漂移主动抑制系统可将激光的平漂从8.72μm抑制到3.83μm,角漂从3.50 arcsec抑制到0.61 arcsec。在1.2 m测量距离内,四自由度运动误差测量系统的直线度误差测量的平均标准差为4μm;通过与商用激光干涉仪的比对实验可知,角度误差测量精度小于±3 arcsec。
谢苍红[3]（2021）在《光通信系统中用于光探测器的光栅光束整形器的研究》文中研究指明随着光通信系统规模的不断扩大、传输速率的不断提高以及通信容量的不断增加,具有高量子效率和高响应带宽特性的光探测器（Photodetector,PD）成为人们研究的焦点。研究者们已经提出了许多方案来提升光探测器的性能。例如,可以通过减小吸收区的面积以及延长耗尽层的长度来减少电容或减少吸收区的厚度来缩短载流子的输运时间等方式来提升光探测器的带宽。研究表明,入射光场的分布会对光探测器的内部电场与载流子分布产生影响,从而影响光探测器的性能。为了提升PD的性能,本论文将借助光束整形技术来改变入射光场的分布,从而得到期望的光场分布。论文主要围绕亚波长光栅完成了新型光束整形器结构的研究,具体的创新和研究成果如下:1.研究了光探测器和光束整形的相关理论,并重点研究分析了亚波长光栅的基础理论和特性,如波前相位调制特性和宽带高透特性,总结了光栅光束整形器的设计方法。2.提出了具有光束平顶化功能的条形周期衍射光栅光束整形器。在1550nm波长处,以束腰半径为4.2μm的高斯光作为光源,可以获得直径为5.1μm的平顶光斑,透射率超过98%,对偏振光不敏感。通过对不同周期的条形衍射光栅进行仿真,发现输出平面上平顶光斑的直径与条形衍射光栅的周期成正比例关系。3.设计了具有汇聚功能的条形非周期亚波长光栅光束整形器结构。在1550nm波长处,以TM偏振光为光源并垂直入射,该结构的透射率为92%,焦距为20μm,焦平面内光束的半高宽为0.89μm。在1500nm至1700nm波段内,透射率高于80%,焦平面内光斑尺寸基本保持不变。4.利用环形亚波长光栅与条形亚波长光栅之间的对应关系,设计了具有汇聚功能的同心环亚波长光栅光束整形器。在1550nm波长处,以径向偏振光为光源并垂直入射,该结构的透射率为74.5%,焦距为20μm,焦平面内光束的半高宽为2.15μm。5.设计了具有汇聚功能的二维块状非周期亚波长光栅光束整形器,解决了偏振敏感问题。在1550nm波长处,该结构的透射率为89.35%,焦距为5.8μm,焦平面内光束的半高宽为1.23μm。在波段1500nm至1900nm内,该结构能够达到较好的光束汇聚和光束整形的效果。6.设计了不同入射光分布下PD性能的测试实验方案,并与他人共同搭建了不同入射光分布对PD性能影响的实验测试系统。在反向偏压为3V和入射功率为0.61mW时,在直径为70μm的器件上分别测得垂直入射和斜入射时PD的3dB带宽约为11.29GHz和10GHz,相比斜入射的方式垂直入射时器件的带宽提高了 12.9%。
武刚[4]（2021）在《光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究》文中研究指明伴随着5G、云计算、大数据和人工智等IT技术的迅速发展,作为其主要支撑的光通信技术也迎来了新的变革与挑战。为了实现更高的数据传输速率,光通信系统中各类光模块和光器件性能大幅提升,并逐渐向小型化、高速化、集成化的方向发展。其中,硅基亚波长光栅因其卓越的光学衍射特性,被广泛应用于激光器、光探测器、耦合器、滤波器、传感器等光电子器件中,并可利用它们实现更为复杂的光子集成电路。此外,基于高品质因子微腔的多种功能器件的出现,极大地推动了光子集成和光子芯片等领域的发展。本文主要围绕亚波长光栅分束器及一种屋形光学谐振腔展开理论分析及实验研究,主要的创新点和研究成果如下:1.研究了非周期亚波长光栅的衍射光波前相位控制特性,提出了透射光为平行光束的一维亚波长光栅功率分束器,设计了偏转角分别为15°和30°、功率比为1:2的1×2功率分束器,仿真得到分束后两光束的偏转角分别为14.4°和29.5°,功率比约为1:1.87,与设计值基本相符。此外,还提出了一维亚波长光栅合束器、透射光为会聚光束的一维亚波长光栅功率分束器、一维亚波长光栅双焦透镜等结构,并对这些器件的性能进行仿真验证。2.提出了基于双层结构一维条形亚波长光栅的偏振分束器,设计了焦距40μm,能够实现波长1.55μm、垂直入射的TM偏振光反射会聚、TE偏振光透射会聚的偏振分束器。仿真得到的TM反射光束焦距为40 μm,焦点处光场强度的半高全宽约1.88 μm,总反射率为90.8%;TE透射光束焦距为38.3 μm,焦点处光场强度的半高全宽约1.7 μm,总透射率为82.4%。该器件能够很好地实现两种正交偏振态的分离,并使分束后的光束各自会聚。3.提出了基于二维块状亚波长光栅的1×N功率分束器,理论分析中,设计了焦距为10 μm的透射型1×3和1×4功率分束器,仿真得到二者的焦距分别为9.5 μm和9.7 μm,总透射率分别为89%和87.2%,焦平面上各会聚点光场强度的半高全宽均小于2 μm。实际使用中,在SOI晶片上制备了焦距为150μm、半径为216 μm的圆形1×3功率分束器和边长为370 μm的方形1×4功率分束器,测量得到两功率分束器的焦距约为170 μm,焦平面上会聚光斑轮廓清晰。4.提出了基于二维块状亚波长光栅的柱面透镜、柱面反射镜和柱面分束透镜。理论分析中,设计了焦距为6 μm的凸柱面透镜和凹柱面反射镜,仿真得到二者的焦距分别为5.85 μm和5.6μm,两线状会聚光斑光场强度的半高全宽分别为0.82μm和1.08 μm。实际使用中,制备了周期为0.6 μm、焦距为250μm、面积为400 μm×400 μμm的亚波长光栅凸柱面透镜,在600 μm处测得透射光束的线状远场图像,两正交方向光斑光场强度的半高全宽分别为250 μm和680 μm。当改变入射光的偏振方向时,线状光斑的归一化强度保持不变,表明基于二维亚波长光栅的柱面透镜具有低的偏振敏感性。此外,还制备了 1×2柱面分束透镜,并对其衍射特性进行测试。5.提出了基于二维块状亚波长光栅的光束偏转器,理论分析中,设计了面积为7.8μm×7.8 μm、偏转角分量为α=30°（光束在光栅平面内投影与χ轴的夹角）、β=30°（光束与z轴夹角）的光束偏转器,仿真得到光束偏转角α和β分别为31.4°和29.5°。实际使用中,制备了面积为400μm×400 μm、两偏转角分量均为30°的光束偏转器,测量得到两偏转角分量分别为α测=29.5°、β测=29.6°,实现了对平行光束精确的偏转控制。6.与他人合作提出并实现了与亚波长光栅功率分束器混合集成、对称分布的三单元/四单元单行载流子光探测器阵列。在-2V偏压下,测量得到与1×3光栅功率分束器集成的三单元光探测器阵列的最大射频输出功率为11.5 dBm@15 GHz,饱和光电流为70 mA@15 GHz;与1×4光栅功率分束器集成的四单元光探测器阵列的最大射频输出功率为13.1 dBm@15 GHz,饱和光电流为91 mA@15 GHz。和相同结构的单个单行载流子光探测器相比,饱和特性有较大的提升。7.提出了一种由非平行反射镜构成的屋形光学谐振腔,分析了不同区域入射光束的谐振条件,仿真得到顶部反射镜倾角为1°、高度为4.468μm、宽度为14.976μm的屋形谐振腔TE20,1模线宽小于0.008 nm,品质因子不小于1.938×105。与具有相同尺寸参数的平行平面腔相比,屋形谐振腔能够将光场限制在更小的区域,实现了更小的光谱线宽、更高的品质因子和更小的模式体积。此外,还提出一种扩展结构的锥顶形光学谐振腔,并对其谐振特性进行了理论分析。
王承邈[5]（2021）在《基于液晶光学相控阵的高精度光束指向控制技术》文中研究表明基于液晶光电器件的高精度光束指向控制是目前国内外广泛应用的一种非机械式光束控制技术,其中的典型器件液晶光学相控阵（LCOPA）具有电控可编程、像元分辨率高、响应速度快、体积小、重量轻、功耗低等诸多优势。随着现代光电系统向着集成化、便携化、低功耗方向的发展,以硅基液晶光学相控阵（LCo S-OPA）为代表的非机械式光束指向控制技术相比于结构复杂、高功耗的传统机械式光束偏转技术表现出了明显的性能改善,在激光雷达、卫星激光通信、激光武器等研究领域中具有巨大的应用潜力。指向精度是光束控制领域最核心的指标之一,在一定程度上,指向精度的高低直接决定了光束控制器性能的好坏。然而,当前光束指向控制方法仍存在指向精度不足、扫描分辨率受限、指向位置不稳定等问题。因此,本文基于纯相位式LCo S,对高精度的单光束指向控制及多光束并行控制进行了深入的研究。现有单光束指向控制技术中常用的相位生成方法为变周期光栅（VPG）法,该方法因LCo S的相位调制灰度级有限导致局部位置处指向精度不足,从而使光束扫描间隔受限于微弧度甚至十微弧度量级。针对此问题提出的子孔径相干法（SAC）将LCo S面板分为两个矩形区域并分别加载相近衍射角度的VPG相位,通过调节矩形区域的宽度精调输出光的偏转角度。该方法虽缓解了VPG的局部指向精度缺陷,但同时又衍生了光束口径、对准位置存在偏差时指向不稳定的问题。本文沿用子光束相干叠加的基本思路,首先提出了沿径向分割LCo S面板的径向子孔径相干法（RSAC）,将双矩形子孔径结构改为双扇形结构,控制偏转角度的几何参量由矩形区域的宽度变为扇形的圆心角。RSAC大幅提升扫描分辨率的同时有效缓解了当光束口径存在偏差时指向位置不稳定的问题。随后提出RSAC的改进方法——对称径向子孔径相干法（SRSAC）,该方法中子区域进一步变为四扇形结构,相互对称的一对扇形组成一个调制区。SRSAC在继承RSAC优势的同时保证了入射光束存在对准误差时输出光的指向稳定性。在初步验证了新型相位生成方法的可行性后,我们针对SRSAC仍残留指向精度缺陷的问题加以深入分析,得出了指向精度缺陷位置、宽度和最大误差量等关键参量,并据此设计了能够使插值端点自动规避指向缺陷区域的指向精度缺陷剔除方法。该方法使SRSAC残留的指向精度缺陷被完全剔除,在同等硬件条件下,整体指向误差由数微弧度降低至亚微弧度。在此基础上,本文对SRSAC的理论框架加以补充完善,对SRSAC的两误差分支进行定量化分析并给出清晰的数学表达式,最终模拟验证了合成误差公式的准确性。在空间大视场目标探测中,多光束并行扫描常被用来替代单光束扫描以提升光束扫描系统的扫描速度。本文利用LCo S和液晶偏振光栅（LCPG）共同搭建了一组视场15°、含40×40束子光束的高精度并行扫描系统。该系统利用GS算法计算分束相位,对单束准直光束进行直接分束。针对零级漏光干扰子光束且无法用常规倾斜法进行规避的问题,本文提出了一种基于衍射级次拼接的漏光规避办法,该方法中同时控制衍射主级的上半区上移,上方衍射级次的下半区下移,使得二者在截止频率处拼接并复现完整的光束整列,从而规避空间频率零点处的漏光光斑。同时进行强度矫正以保证输出光束的整体能量均一性,实现了不影响子光束质量的漏光规避。在提升指向精度方面,本文提出将预设子光斑尺寸约束至衍射极限以统一实际光斑形貌的光学优化方法,在此基础上引入指向位置的变步长反馈矫正过程,使指向误差标准差由百微弧度量级降低至十微弧度量级,满足应用需求。
林兴磊[6]（2021）在《局域空心光束的调控及光场特性研究》文中研究说明光镊技术是囚禁和操纵微小粒子的重要工具,其基本属性之一就是光具有动量。光镊技术具有精确操纵的优势,可以达到无损伤操作生物样品的目的,因此成为了人们研究的热点。在探索新型光镊技术的过程中,研究者发现了一类特殊的光场模式-局域空心光束（Bottle Beam）。局域空心光束的定义是在光束传播方向上存在着光强很小甚至光强为零的三维闭合空间,类似于一个特殊的密闭容器。局域空心光束具有桶状光强分布和暗斑尺寸小等物理特性,使其在光学镊子和激光冷却等领域有着非常广阔的应用前景。因此,对于如何获得局域空心光束并对其特性进行分析成为了近年来的研究热潮。本论文对局域空心光束中已报道的研究方法进行调研分析。通过设计简单高效的整形系统,同时利用MATLAB软件和ZEMAX软件对局域空心光束的多种性质进行调控,进一步提高局域空心光束的实用性和多样性。本论文的研究工作主要划分为以下几个方面:（1）设计了一种生成多个局域空心光阱的系统。基于衍射积分和矩阵光学的理论,研究了多个光阱的位置与反射镜的偏转角度之间的规律关系。通过调控反射镜的偏转角度,能够实现光阱位置的任意变换,达到稳定囚禁微粒的目的。（2）利用绕轴旋转的圆形光阑产生椭圆高斯光束。设计了长短轴不同的椭圆高斯光束经过轴棱锥-透镜系统聚焦形成局域空心光束的光学系统,这种局域空心光束携带有不同大小的缺口。通过调控系统中的光场分布,研究了圆形光阑的旋转角度与局域空心光束的缺口大小之间的关系。这种方法可以实现空心光阱的自由打开和关闭,为粒子的捕获方式提供了一种技术手段。（3）利用多边形光阑（包括正三边形、正四边形以及正六边形光阑）对高斯光束进行整形。将整形后的光束入射到轴棱锥-透镜系统中,生成了携带有缺口的局域空心光束。分析了局域空心光束的中心衍射斑和光束形貌的特性,同时研究了多边形光阑的边数量和边位置对局域空心光束中缺口的影响。这对于局域空心光束的多领域应用研究奠定了基础。
姜龙[7]（2021）在《基于光模块集成的超表面光学器件的设计及性能分析》文中研究说明大功率半导体激光器在许多的领域中具有诸多广阔的应用,并且具有重量轻、体积小、寿命时间长以及高的光电转化效率等优势。在光通信系统中,根据目前光模块对小型化、集成化应用所需求的发展趋势,那么主要组成部件之一的半导体激光器在光模块中作为光源具有不可或缺的重要性,但是在半导体激光器内部的波导主要是由不对称的结构组成,使光束在发出的过程中快轴和慢轴都会使光束发生变化,并且会使其发出的光具有一定的角度以及在尺寸上存在差异性,因此我们需要对半导体激光器输出的光束进行波前整形的调控,以此来实现光通信模块在未来发展中的应用。因此这里就需要用到光学系统,但大部分的光学系统不符合小型化、集成化的需求,为了实现对本文的808 nm边发射激光器出光光斑进行波前整形的调控,采用超表面对激光发出的光束进行波前调控研究,实现对激光光束调控的光学系统达到小型化和更高的集成需求。本文使用在近红外波段有低反射特性和低吸收特性的石英玻璃（Si O2）作为衬底,开展了超表面器件结构设计、工艺流程和波前调控性能的研究工作,实现了超表面透镜对激光器光束的调控功能。利用等离子体增强化学的气相沉积法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD）技术在衬底上生长一层非晶硅（α-Si）350 nm厚的超表面材料,采用微纳加工技术对非晶硅进行退火处理,而退火处理能够消除薄膜内在的应力,进而提高薄膜的附着性;通过理论计算和模拟分析,设计了超表面的周期为280 nm,结构高度350 nm以及八组不同半径的圆柱结构。在微纳加工过程中,采用电子束曝光技术对超表面图形进行光刻,利用光刻胶作为掩模再结合磁中性环路放电（Magnetic Neutral Loop Discharge,NLD）等离子体刻蚀等工艺进行超表面结构的制作,成功制作出了超表面透镜器件;最终实现了超表面器件对光束的调控。基于上述的研究我们又设计了一种任意偏振多焦点的超透镜,能够将目标偏振和独立相位调制与纳米结构参数相关联的设计方案。能够同时独立地控制光的相位和偏振可以构建出各通道具有独立功能和偏振的多功能超表面,研究了从2个焦点到5个焦点的任意偏振多焦点超表面透镜,其中包括线偏振、圆偏振以及椭圆偏振。此外,通过调节不同纳米结构的数量,可以改变焦点之间的强度比。这种设计方案为实现超薄、高效率的超表面提供了一个新途径,超薄高效的超表面可以应用于许多潜在的应用领域,包括偏振图像,多路复用通信和多维全息图等方面。
郭宋明[8]（2021）在《基于变形镜的激光近场光斑整形》文中认为近年来,随着激光技术不断地发展,激光越来越多的应用在工业加工、信息传输等领域中,但由于激光器本身结构会对激光器所输出的激光光束质量产生影响,并且激光器输出的激光光束一般为特定的高斯光强分布,这些原因使激光器输出的激光光束在实际运用中存在一定的局限性。因此在实际应用的过程中常常需要对激光器输出的激光光束进行整形,以达到提高光束质量或者改变激光光束光强分布的目的。本论文应用电磁驱动式变形镜对激光光束整形进行了研究。将遗传算法应用于激光光束光强分布整形的研究中。运用算法求得最优的相位屏对激光光束光强分布进行整形。通过具体的实验对算法所求得的相位屏在实际应用中的作用效果进行分析。利用变形镜进行了将高斯光束整形为超高斯光束、平顶光束以及空心光束的实验。本文主要对以下内容进行了研究:1.从激光光束衍射理论出发,对激光光束整形的方法进行分析,建立基于变形镜的激光光束整形系统的数学模型。通过对遗传算法原理、算法结构以及运算步骤进行了研究分析。并对泽尼克多项式进行相关的研究分析,在此基础上,根据相关的实验验证以及实际出发,提出了结合泽尼克多项式模式系数的遗传算法。并对其进行数值模拟,模拟计算了超高斯光束、平顶光束、空心光光束的整形,并对计算结果进行分析。2.对基于变形镜的光束整形技术进行分析研究,并运用Hartmann-Shack波前传感器对由激光器输出的激光光束进行光束质量分析。通过变形镜代替相位屏对基于变形镜的激光光束光强分布整形实验光路进行设计,建立了基于变形镜的激光光束光强分布整形实验系统,并对结合泽尼克多项式的遗传算法进行实验验证。3.将结合泽尼克多项式的遗传算法求得变形镜处所需的相位屏转化为变形镜各单元的电压参数,对变形镜进行控制,实现了超高斯光束、平顶光束以及空心光束的整形,并利用光束质量分析仪对整形后的激光光束的光强分布进行分析。运用结合泽尼克多项式的遗传算法对激光光束整形所需的相位屏进行求解,实现了运用变形镜对激光光束质量进行提高的目的,并可以根据需求对激光光束光强分布进行整形。
曹嘉冀[9]（2020）在《基于柔性材料可调谐微光学元件的制备与应用研究》文中进行了进一步梳理在智能化、自动化时代到来的今天,随着柔性器件在消费品市场的日益渗透,人们对可穿戴光电子器件的兴趣激增。作为消费电子产品中的重要组成部分,柔性光电子产品在大量新兴领域具有增长式的需求,如极板间光互连,光机械调谐,表皮监测、应变传感、适形光学等。在这些应用中,不仅要求其内部的光学元件有着极高的可调可控性,同时还需要具备良好的可弯曲、可拉伸的特性。以可穿戴光电子产品内的元件为例,在适应人体皮肤高达到20%的延展性的同时,还需要具备完美的可逆性。而传统光学中,曲率固定的光学元件已经无法适应柔性光电子产品的需求,成为限制其发展的严重技术问题。上述问题的解决需依赖于新型柔性光电材料及其制备技术的发展。以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为代表的柔性材料有着柔韧性好、可逆性好、宽波段透光率高、光热稳定性好、生物兼容等独特的优势,从材料特性的角度可以很好地解决上述问题。在柔性材料加工技术方面,掩膜光刻技术和纳米压印技术均可在主流柔性材料表面制备高精度的微纳结构。然而,制备在表面的微纳结构易受静电力的影响吸附灰尘等杂质。同时,调控过程中的使用不当易也造成表面微纳结构的损伤,从而降低元件的光学性能。针对上述问题,本论文利用纳米压印技术和飞秒激光直写技术,分别在PDMS表面和内部制备微光学元件,从材料精密加工的角度解决柔性光电子器件表面元件易污染等问题。利用机械应力（液体压力和拉力）驱动的方式实现了具有大视场角可变焦成像仿生复眼、贴附式应力传感器、具有动态双目立体视觉及三维重构能力元件的制备与调控。本论文的主要工作如下:（1）PDMS基柔性微光学元件的制备。利用纳米压印技术和飞秒激光直写技术分别在PDMS的表面和内部制备了不同的微光学元件。其一,利用纳米压印技术制备在PDMS表面的柔性微透镜阵列的填充因子达100%、透镜成像效果良好,其二,利用飞秒激光直写技术制备在PDMS内部的衍射光栅和菲涅耳波带片结构完整,具有各自不同的光学效果。这些制备在材料内部的元件具有良好的柔韧性和易清洁性。（2）利用有限元分析方法对液压驱动PDMS薄膜透镜的形变进行仿真,讨论透镜焦距随透镜体积变化的关系。本章节中,首先简单介绍了液压驱动微透镜。然后借助COMSOL Multiphysics软件利用有限元分析方法建立了二维轴对称的液压驱动PDMS薄膜透镜的模型。最后得到PDMS薄膜透镜在液体压力的作用下,体积增大,薄膜曲率半径减小,屈光度增加,即焦距减小的结论。（3）液压驱动可变焦成像的仿生复眼。本章中,我们将昆虫复眼的生物学结构与人眼晶状体调控的机制相结合,解决了仿生复眼曲率固定,无法变焦成像的问题。利用等离子体处理的方式将PDMS基柔性微透镜阵列与微流控通道集成,获得由约1200只小眼组成的仿生复眼,小眼的成像清晰度基本相同;复眼的最大视场角可达120°。采用液压驱动的方式,实现仿生复眼焦距的快速调控。同时还可以将小眼作为成像单元,为主眼的变焦成像提供像素点。利用该可调谐微光学元件可以对1165mm和1833mm处的物体进行观测,验证了其可变焦成像的能力。该仿生复眼具有良好的机械稳定性,在1000次的变焦实验中未发生破损或泄漏。由于该可变焦成像仿生复眼的整体结构均由具有良好生物兼容性的PDMS组成,未来有望应用在内窥镜等使用空间受限但对观测范围具有较高要求的医疗成像器械等领域。（4）拉力驱动的衍射微光学元件。衍射光学元件具有体积小、质量轻、可折叠、设计自由度高等优点,成为光学系统中不可或缺的重要组成部分。而振幅、相位固定的衍射微光学元件对实现柔性器件的小型化、集成化具有一定的限制。本章中,我们利用拉力驱动的方式对制备在PDMS薄膜内部衍射微光学元件的周期、振幅、相位等进行调谐。其一,对光栅进行调控时,元件的衍射角随拉力近似线性变化,各级次衍射光斑能量未发生明显波动。同时,该元件具有良好的机械稳定性,在62.5%的拉伸程度下重复拉伸5000次,光学性能未发生变化。其二,对菲涅耳波带片进行调控时,展现出较固定结构更加丰富的光学特性。一方面,沿拉伸后菲涅耳波带片的光轴方向可以观测到三种光强分布不同的聚焦光斑,为激光整形提供了新思路。另一方面,形变的波带片上不同区域可以分别对同一被测物体进行成像。由于成像区域间存在一定的距离,造成在观测同一个物体时会存在一定的角度偏差。利用这种成像差异,可以实现被测物体的三维重构。所制备的可调谐衍射微光学元件具有良好的形貌和光学性能,兼具优秀的柔性和生物兼容性,在可贴附应力传感器及细胞图像的三维重构等方面有很好的应用前景。综上所述,本论文的工作主要依托于柔性材料PDMS,借助纳米压印技术和飞秒激光直写技术,分别在材料表面和内部制备具有不同性能的微光学元件,并利用机械应力（液体压力和拉力）驱动的方式实现了元件性能的动态调谐。所制备的液压驱动可变焦成像仿生复眼与拉力驱动的衍射微光学元件均具有良好的机械稳定性和可调可控的光学特性。针对柔性可调谐微光学元件的研究拓展了光学设计的新思路,对未来微型化、集成化、智能化、可穿戴的柔性器件的发展做出了有益的探索。
宋昶[10]（2020）在《光束指向及焦深对飞秒激光微圆孔加工的影响研究》文中研究指明近年来全国汽车保有量急增,汽车所引起的环境污染越来越严重,因此国家出台了第六阶段机动车污染物排放标准。为了提高燃油的燃烧效率,降低汽车尾气排放,达到尾气排放标准,汽车领域对发动机关键部件的制造要求越来越严格。喷油嘴作为发动机内部的关键部件之一,对喷油嘴的喷孔结构提出了更小直径、更高深径比、更高微孔加工质量的要求。传统的机械加工、电火花加工、电解加工等加工方法难以满足高品质微圆孔精细加工的要求,飞秒激光具有超高峰值功率、超短脉冲宽度、热效应小等其他加工方式所无法企及的加工优势,使飞秒激光超精细加工技术成为实现超高精细微圆孔加工有效的解决方法,受到人们的广泛关注。本文分析了飞秒激光与金属材料相互作用机理,基于双温模型理论,系统地探究了多脉冲飞秒激光金属材料去除原理,为飞秒激光微圆孔加工提供理论依据。目前飞秒激光超精细微圆孔加工技术仍存在一系列问题,本文从光束稳定性问题和大深径比难题两个方面着手,分析并探索研究新方法以提升飞秒激光飞秒激光超精细微圆孔加工能力。具体工作如下:1、对于光束稳定性问题,分析了光束稳定性影响因素,随着数控机床、测量传感器、光束控制系统等方面的飞速发展,光束自身指向稳定性带来的影响逐渐凸显。本文从光束指向稳定性作为提高加工能力的切入点,分析了光束指向稳定性对加工的影响,研究了提高光束指向稳定性的方法,并采用方位感应器+快速转动镜组成的外部光束指向稳定系统的方法实现光束指向稳定性的提升,并进行微圆孔加工实验,随着光束指向稳定性的提升,批量微圆孔加工时,微圆孔的一致性提高,单个微圆孔的加工质量有一定提升。2、对于大深径比难题,飞秒激光经聚焦后的焦深区域作为材料加工区域,对于二维振镜加工系统的微圆孔加工深径比仅能达到3:1,微孔加工深径比受到焦深的限制,因此从焦深的角度进行大深径比微孔加工的研究,本文从长焦深光束和焦点轴向调控两个方向进行探索研究。总结并分析了光束整形方法和实现光束整形的光学元件,提出采用基于菲涅尔透镜波前相位分布函数,利用相位叠加原理实现长焦深光束整形的方法,并实现不同焦深拉伸倍数的长焦深光束（2倍、4倍、10倍）,同时利用菲涅尔透镜波前相位分布函数实现对焦点的轴向调控。提出了采用高损伤阈值液晶空间光调制器与二维振镜加工系统相结合的新的加工方式,并搭建光学系统进行加工实验。对于长焦深光束微圆孔加工,焦斑处的边缘旁瓣会对降低微圆孔加工质量,同时因能量分散不利用更大深径比微孔加工,长焦深光束加工实验表明,对于非透明材料加工而言,长焦深光束难以达到预期加工效果。利用液晶空间光调制器的实时调制特性,在加工过程中实现焦点轴向调控,控制焦点以100μm为间隔进行焦点轴向位移,使焦点随着加工深度的增加不断位移,直到完成为微孔加工,采用该方法在保证高加工质量的前提条件下,在厚度为2mm的不锈钢样件上实现了直径约为330μm的微孔加工,该方法开辟了二维振镜系统实现超深微孔加工的新探索,在激光加工领域有较好的应用前景。
二、二维光束整形的衍射光学元件设计（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、二维光束整形的衍射光学元件设计（论文提纲范文）
（2）长行程线性导轨四自由度运动误差测量方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 直线度误差测量研究现状 |
| 1.2.2 角度误差测量研究现状 |
| 1.2.3 激光光束漂移抑制研究现状 |
| 1.2.4 激光光斑整形研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 2 长距离四自由度运动误差测量方法 |
| 2.1 四自由度运动误差同时测量方法 |
| 2.2 四自由度运动误差测量原理 |
| 2.2.1 四象限光电探测器位置检测原理 |
| 2.2.2 直线度误差测量原理 |
| 2.2.3 角度误差测量原理 |
| 2.3 影响长距离四自由度运动误差测量精度的因素分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 长距离四自由度运动误差测量中光束漂移主动抑制 |
| 3.1 单反射镜激光光束漂移主动抑制方法 |
| 3.1.1 单反射镜激光光束漂移主动抑制原理 |
| 3.1.2 单反射镜激光光束漂移主动抑制方法存在的问题 |
| 3.2 双反射镜激光光束漂移主动抑制方法 |
| 3.3 长距离测量中信号滤波方法 |
| 3.3.1 不同滤波方法介绍 |
| 3.3.2 不同滤波方法效果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 长距离四自由度运动误差测量中系统误差分析 |
| 4.1 光斑形变对四自由度运动误差测量精度的影响 |
| 4.2 角度误差测量系统安装误差对运动误差测量精度的影响 |
| 4.2.1 聚焦透镜安装误差 |
| 4.2.2 四象限光电探测器安装误差 |
| 4.3 直线度误差测量系统安装误差对运动误差测量精度的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 实验与分析 |
| 5.1 实验台搭建 |
| 5.1.1 结构设计 |
| 5.1.2 元器件选型 |
| 5.1.3 软件设计 |
| 5.2 标定实验 |
| 5.3 稳定性实验 |
| 5.3.1 不同滤波方法比较结果 |
| 5.3.2 激光光束漂移主动抑制系统控制效果 |
| 5.4 测量实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（3）光通信系统中用于光探测器的光栅光束整形器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 论文研究内容 |
| 1.2.1 光通信系统中的光探测器 |
| 1.2.2 典型的光束整形方法 |
| 1.2.3 亚波长光栅在光束整形中的应用 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光束整形与亚波长光栅的理论研究 |
| 2.1 光束整形的基础理论研究 |
| 2.1.1 惠更斯-菲涅尔理论 |
| 2.1.2 夫郎禾费理论 |
| 2.2 亚波长光栅理论特性及研究方法 |
| 2.2.1 宽带高反高透特性 |
| 2.2.2 波前相位调制特性 |
| 2.2.3 亚波长光栅的研究方法 |
| 2.3 亚波长光栅的应用 |
| 2.3.1 亚波长光栅反射镜 |
| 2.3.2 亚波长光栅耦合器 |
| 2.3.3 亚波长光栅谐振器 |
| 2.3.4 亚波长光栅功分器 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 新型一维光栅光束整形器的研究 |
| 3.1 基于周期条形衍射光栅的光束整形器设计 |
| 3.1.1 衍射光栅的光学特性分析 |
| 3.1.2 具有光束整形功能的衍射光栅的设计方法 |
| 3.1.3 结构设计与仿真结果分析 |
| 3.2 基于非周期条形亚波长光栅的光束整形器设计 |
| 3.2.1 具有光束整形功能的高折射率差亚波长光栅的设计方法 |
| 3.2.2 具有光束整形功能的高折射率差亚波长光栅的结构设计 |
| 3.2.3 仿真结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 新型二维光栅光束整形器的研究 |
| 4.1 基于同心环高折射率差亚波长光栅的光束整形器设计 |
| 4.1.1 具有光束整形功能的同心环高折射率差亚波长光栅的设计方法 |
| 4.1.2 具有光束整形功能的同心环高折射率差亚波长光栅的结构设计 |
| 4.1.3 仿真结果分析 |
| 4.2 基于二维块状高折射率差亚波长光栅的光束整形器设计 |
| 4.2.1 二维亚波长光栅严格耦合波理论 |
| 4.2.2 二维亚波长光栅的波前相位控制原理 |
| 4.2.3 具有光束整形功能的二维块状高折射率差亚波长光栅的设计方法 |
| 4.2.4 具有光束整形功能的二维块状高折射率差亚波长光栅的结构设计 |
| 4.2.5 仿真结果分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 亚波长光栅光束整形器的制备方法及整形系统测试实验分析 |
| 5.1 亚波长光栅制备方法 |
| 5.1.1 电子束曝光 |
| 5.1.2 干法刻蚀 |
| 5.2 光束整形对光探测器性能影响的实验测试及数据分析 |
| 5.2.1 实验测试系统搭建 |
| 5.2.2 实验测试结果与分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 |
（4）光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景 |
| 1.2 论文研究的意义 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 亚波长光栅的研究进展及应用 |
| 2.1 基于亚波长光栅的高反射镜 |
| 2.2 基于亚波长光栅的抗反射表面 |
| 2.3 基于亚波长光栅的光波导 |
| 2.4 基于亚波长光栅的偏振控制器件 |
| 2.5 基于亚波长光栅的相位控制器件 |
| 2.6 基于亚波长光栅的耦合器 |
| 2.7 基于亚波长光栅的滤波器 |
| 2.8 亚波长光栅的应用前景 |
| 2.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 亚波长光栅的严格耦合波分析法及器件设计方法 |
| 3.1 周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析法 |
| 3.1.1 一维条形周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析 |
| 3.1.2 二维块状周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析 |
| 3.2 基于亚波长光栅的光学器件设计方法 |
| 3.2.1 基于一维条形亚波长光栅的器件设计 |
| 3.2.2 基于二维块状亚波长光栅的器件设计 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 一维亚波长光栅分束器的研究 |
| 4.1 基于一维亚波长光栅的功率分束器 |
| 4.1.1 透射光为平行光束的功率分束器 |
| 4.1.2 基于一维亚波长光栅的合束器 |
| 4.1.3 透射光为会聚光束的功率分束器 |
| 4.1.4 一维条形亚波长光栅双焦透镜 |
| 4.2 基于一维亚波长光栅的偏振分束器 |
| 4.2.1 偏振分束器模型 |
| 4.2.2 偏振分束器的结构设计 |
| 4.2.3 偏振分束器的仿真验证 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 二维亚波长光栅分束器的研究 |
| 5.1 基于二维亚波长光栅的1×N功率分束器 |
| 5.1.1 具有会聚功能的透射型1×N功率分束器模型 |
| 5.1.2 1×N功率分束器的结构设计 |
| 5.1.3 1×N功率分束器的仿真验证 |
| 5.1.4 一种1×9功率分束器 |
| 5.2 基于二维亚波长光栅的柱面透镜、柱面反射镜 |
| 5.2.1 柱面透镜和柱面反射镜模型 |
| 5.2.2 柱面透镜和柱面反射镜的设计与仿真 |
| 5.2.3 柱面透镜的实验验证 |
| 5.3 基于二维亚波长光栅的柱面分束透镜 |
| 5.4 基于二维亚波长光栅的光束偏转器 |
| 5.4.1 光束偏转器模型及光束控制机理 |
| 5.4.2 光束偏转器的性能仿真 |
| 5.4.3 光束偏转器的实验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 光栅功率分束器与光探测器阵列集成的研究 |
| 6.1 单行载流子光探测器原理 |
| 6.2 与亚波长光栅功率分束器集成的光探测器阵列结构 |
| 6.3 1×N光栅功率分束器的设计与制备 |
| 6.4 集成光探测器阵列的设计与制备 |
| 6.5 集成光探测器阵列的性能测试 |
| 6.5.1 暗电流测试 |
| 6.5.2 频率响应特性测试 |
| 6.5.3 交流饱和特性测试 |
| 6.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 屋形光学谐振腔的研究 |
| 7.1 一种屋形光学谐振腔 |
| 7.1.1 屋形谐振腔的结构及分析 |
| 7.1.2 屋形谐振腔的模式特性 |
| 7.2 一种锥顶形光学谐振腔 |
| 7.2.1 锥顶形谐振腔结构及分析 |
| 7.2.2 锥顶形谐振腔的模式特性 |
| 7.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文及申请的专利 |
| 学术论文 |
| 申请专利 |
（5）基于液晶光学相控阵的高精度光束指向控制技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 光束指向控制技术介绍 |
| 1.1.2 液晶光学相控阵的基本原理 |
| 1.2 指向精度提升方法的研究现状 |
| 1.2.1 离散相位优化方法 |
| 1.2.2 子孔径相干法 |
| 1.3 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 径向子孔径相干技术 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 径向子孔径相干法 |
| 2.2.1 理论分析 |
| 2.2.2 实验验证 |
| 2.3 对称径向子孔径相干法 |
| 2.3.1 理论分析 |
| 2.3.2 两种径向子孔径方法的性能仿真对比 |
| 2.3.3 两种径向子孔径方法的实测结果对比 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 指向精度缺陷的剔除方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 指向精度缺陷 |
| 3.2.1 指向精度缺陷的基本概念 |
| 3.2.2 一维指向精度缺陷的产生机理及量化分析 |
| 3.2.3 二维光束偏转中的指向精度缺陷 |
| 3.3 指向精度缺陷剔除方法 |
| 3.3.1 基本原理 |
| 3.3.2 模拟验证 |
| 3.3.3 实验测试结果 |
| 3.4 对称径向子孔径相干法的理论框架完善 |
| 3.4.1 变周期光栅法的指向精度估计 |
| 3.4.2 对称径向子孔径相干法的指向误差分解 |
| 3.4.3 合成误差量化分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 高精度的多光束并行扫描 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于盖师贝格-撒克斯通算法的光束分束 |
| 4.2.1 算法基本原理 |
| 4.2.2 近衍射极限的子光束口径设置 |
| 4.3 零级漏光剔除方案 |
| 4.3.1 常用漏光规避方法 |
| 4.3.2 衍射级次拼接法 |
| 4.4 指向精度精准测量及反馈校正 |
| 4.4.1 指向误差的高精度测量方法 |
| 4.4.2 指向精度的反馈校正 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5 章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）局域空心光束的调控及光场特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 局域空心光束的起源与应用 |
| 1.1.1 局域空心光束的起源 |
| 1.1.2 局域空心光束的应用 |
| 1.2 局域空心光束的研究发展现状 |
| 1.3 局域空心光束的光场调控研究 |
| 1.4 本论文研究意义及目的 |
| 1.5 本论文的工作内容安排 |
| 第2章 基础理论和方法 |
| 2.1 激光传输的基本理论和方法 |
| 2.1.1 菲涅尔-基尔霍夫衍射理论 |
| 2.1.2 矩阵光学方法 |
| 2.1.3 柯林斯公式理论 |
| 2.1.4 傅里叶光学方法 |
| 2.2 光场调控的基本原理 |
| 2.2.1 贝塞尔光束的原理分析 |
| 2.2.2 马丢光束的原理分析 |
| 2.2.3 艾里光束的原理分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 局域空心光束的多光阱调控 |
| 3.1 多局域空心光阱的光学系统 |
| 3.1.1 多局域空心光阱的系统设计 |
| 3.1.2 多局域空心光阱衍射积分理论 |
| 3.2 多局域空心光阱的光场调控 |
| 3.2.1 空心光阱的位置变换 |
| 3.2.2 空心光阱的粒子囚禁 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 椭圆光束对局域空心光束的光场调控 |
| 4.1 椭圆光束对轴棱锥-透镜系统的理论分析 |
| 4.1.1 椭圆高斯光束的整形理论 |
| 4.1.2 局域空心光束的几何原理分析 |
| 4.2 椭圆光束对局域空心光束重构特性的理论分析与实验研究 |
| 4.2.1 椭圆高斯光束入射轴棱锥-透镜系统的实验搭建 |
| 4.2.2 椭圆高斯光束入射轴棱锥后的光场强度分布 |
| 4.2.3 椭圆高斯光束对局域空心光束的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 特殊形貌光束对局域空心光束的光场调控 |
| 5.1 特殊形貌光束对轴棱锥-透镜系统的理论分析 |
| 5.2 特殊形貌光束对局域空心光束的理论分析与实验研究 |
| 5.2.1 特殊形貌光束入射轴棱锥-透镜系统的实验搭建 |
| 5.2.2 特殊形貌光束对局域空心光束中光阱开闭的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 论文的主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
（7）基于光模块集成的超表面光学器件的设计及性能分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光通信模块的发展概述 |
| 1.2 半导体激光器光束波前整形方法 |
| 1.2.1 传统型透镜波前调控 |
| 1.2.2 圆柱型透镜波前调控 |
| 1.2.3 自聚焦透镜光束调控 |
| 1.2.4 二元光学元件光束调控 |
| 1.2.5 超表面分束调控 |
| 1.3 超表面光学器件的发展现状 |
| 1.4 论文研究意义及工作 |
| 1.4.1 论文研究意义 |
| 1.4.2 论文工作 |
| 第2章 超表面透镜的原理与设计 |
| 2.1 斯涅耳定理 |
| 2.2 超表面传输相位原理 |
| 2.3 超表面结构仿真计算方法 |
| 2.3.1 超表面单元结构的设计 |
| 2.3.2 结构尺寸参数确定 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 超表面透镜的制作工艺和结果分析 |
| 3.1 超表面材料非晶硅的生长和退火工艺的结果分析 |
| 3.2 超表面器件图形光刻工艺及结果分析 |
| 3.3 超表面器件图形NLD刻蚀制备及结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 激光器光束整形测试与分析 |
| 4.1 超表面透镜进行光束聚焦实验 |
| 4.2 影响光束焦距的理论分析 |
| 4.3 透镜在不同位置时光束形态的理论分析 |
| 4.3.1 激光器出射光面与透镜的焦点重合 |
| 4.3.2 透镜焦点与半导体激光器发光面不重合 |
| 4.3.3 透镜与半导体激光器存在高度误差 |
| 4.3.4 透镜与半导体激光器存在角度误差 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 任意偏振多焦点的超透镜仿真及结果分析 |
| 5.1 任意偏振多焦点超表面透镜的理论设计和仿真 |
| 5.1.1 理论分析 |
| 5.1.2 超表面结构参数设计和仿真 |
| 5.2 超透镜的仿真结果与分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
（8）基于变形镜的激光近场光斑整形（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 光束整形的主要方法 |
| 1.3.1 非球面透镜组整形法 |
| 1.3.2 双折射透镜组整形法 |
| 1.3.3 微透镜阵列整形法 |
| 1.3.4 衍射光学元件整形法 |
| 1.3.5 变形镜整形法 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 激光光束整形理论研究 |
| 2.1 激光光束整形的数学模型 |
| 2.2 光束整形衍射理论分析 |
| 2.2.1 基尔霍夫衍射原理 |
| 2.3 亥姆霍兹—基尔霍夫积分模型分析 |
| 2.4 惠更斯—菲涅尔模型分析 |
| 2.5 建立激光光束传播的衍射模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于遗传算法的激光光束整形算法研究 |
| 3.1 遗传算法研究 |
| 3.2 泽尼克多项式研究 |
| 3.3 激光光束整形算法研究 |
| 3.4 评价函数的定义 |
| 3.5 遗传算法的数值模拟 |
| 3.5.1 输入输出光束的模型 |
| 3.5.2 结合泽尼克多项式的遗传算法数值模拟 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于变形镜的激光光束光强分布整形实验设计 |
| 4.1 变形镜 |
| 4.1.1 电磁驱动式变形镜 |
| 4.1.2 变形镜相位调制原理 |
| 4.2 激光器光束质量分析 |
| 4.2.1 激光器热焦距分析原理 |
| 4.2.2 激光光束质量分析系统 |
| 4.2.3 激光光束质量分析 |
| 4.3 激光光束整形光路设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于变形镜的激光光束光强分布整形的结果分析 |
| 5.1 超高斯光束整形实验分析 |
| 5.2 平顶光束整形实验分析 |
| 5.3 空心光束整形实验分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果 |
| 致谢 |
（9）基于柔性材料可调谐微光学元件的制备与应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景、目的及意义 |
| 1.2 柔性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)的简介 |
| 1.3 聚合物微纳加工技术的简介 |
| 1.3.1 掩膜光刻技术 |
| 1.3.2 纳米压印技术 |
| 1.3.3 电子束和激光直写技术 |
| 1.4 可调谐微光学元件的简介 |
| 1.4.1 可调谐微光学元件的优点 |
| 1.4.2 可调谐微光学元件的分类与应用 |
| 1.5 本论文的主要工作 |
| 第二章 PDMS基柔性微光学元件的制备 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 纳米压印技术制备PDMS表面柔性微透镜阵列 |
| 2.2.1 实验参数的优化 |
| 2.2.2 纳米压印模板的制备 |
| 2.2.3 微透镜阵列的制备与表征 |
| 2.3 飞秒激光直写技术制备PDMS内部柔性衍射微光学元件 |
| 2.3.1 实验参数的优化 |
| 2.3.2 衍射微光学元件的制备与表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 液压驱动PDMS薄膜透镜的形变仿真 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 液压驱动透镜的简介 |
| 3.3 有限元分析方法建立液压驱动PDMS薄膜透镜模型 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 液压驱动可变焦成像的仿生复眼 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 复眼的简介 |
| 4.2.1 生物复眼的功能结构 |
| 4.2.2 仿生复眼的研究现状 |
| 4.3 液压驱动可变焦成像仿生复眼的制备与形貌表征 |
| 4.3.1 仿生复眼的制备 |
| 4.3.2 仿生复眼的形貌表征 |
| 4.4 液压驱动可变焦成像仿生复眼光学性能的测试与分析 |
| 4.4.1 仿生复眼的小眼成像清晰度 |
| 4.4.2 仿生复眼的角灵敏度函数 |
| 4.4.3 仿生复眼的视场角 |
| 4.4.4 仿生复眼的动态变焦成像 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 拉力驱动的衍射微光学元件 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 衍射光学元件的简介 |
| 5.2.1 衍射光学元件的特点 |
| 5.2.2 衍射光学元件的应用 |
| 5.3 拉力驱动的衍射微光学元件制备与性能表征 |
| 5.3.1 衍射光栅的动态激光分束 |
| 5.3.2 衍射光栅的机械稳定性 |
| 5.3.3 菲涅耳波带片的动态光束整形 |
| 5.3.4 菲涅耳波带片的动态双目立体视觉与三维重构 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 问题与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及科研成果 |
| 致谢 |
（10）光束指向及焦深对飞秒激光微圆孔加工的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究的目的及意义 |
| 1.3 飞秒激光微圆孔加工研究现状 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 飞秒激光微圆孔加工系统及去除机理 |
| 2.1 飞秒激光金属材料去除机理 |
| 2.1.1 飞秒激光金属材料去除机理 |
| 2.1.2 双温模型理论 |
| 2.2 飞秒激光加工系统 |
| 2.2.1 加工系统基本组成结构 |
| 2.2.2 其他器件 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 光束指向稳定性提升方法 |
| 3.1 光束指向稳定性理论分析 |
| 3.1.1 理论分析 |
| 3.1.2 光束指向稳定性对加工的影响分析 |
| 3.2 光束指向稳定性提高方法 |
| 3.2.1 光束指向稳定系统 |
| 3.2.2 光束指向稳定系统对微圆孔加工的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 焦深调控对微圆孔加工影响 |
| 4.1 长焦深光束整形技术 |
| 4.2 高损伤阈值液晶空间光调制器 |
| 4.2.1 液晶空间光调制器 |
| 4.2.2 高损伤阈值液晶空间光调制器 |
| 4.3 焦深调控理论分析 |
| 4.3.1 标量衍射理论 |
| 4.3.2 菲涅尔透镜相位分布模型 |
| 4.3.3 长焦深光束波前相位设计 |
| 4.3.4 波前相位仿真 |
| 4.4 焦深拉伸对加工的影响 |
| 4.4.1 实验过程 |
| 4.4.2 实验结果 |
| 4.5 焦点轴向调控对加工的影响 |
| 4.5.1 实验过程 |
| 4.5.2 实验结果 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、二维光束整形的衍射光学元件设计（论文参考文献）
- [1]多模态矢量光场的三维空域调控（特邀）[J]. 高源,丁剑平,王慧田. 光子学报, 2022
- [2]长行程线性导轨四自由度运动误差测量方法[D]. 杨滨赫. 大连理工大学, 2021
- [3]光通信系统中用于光探测器的光栅光束整形器的研究[D]. 谢苍红. 北京邮电大学, 2021(01)
- [4]光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究[D]. 武刚. 北京邮电大学, 2021(01)
- [5]基于液晶光学相控阵的高精度光束指向控制技术[D]. 王承邈. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [6]局域空心光束的调控及光场特性研究[D]. 林兴磊. 长春理工大学, 2021(02)
- [7]基于光模块集成的超表面光学器件的设计及性能分析[D]. 姜龙. 长春理工大学, 2021(02)
- [8]基于变形镜的激光近场光斑整形[D]. 郭宋明. 沈阳理工大学, 2021(01)
- [9]基于柔性材料可调谐微光学元件的制备与应用研究[D]. 曹嘉冀. 吉林大学, 2020(02)
- [10]光束指向及焦深对飞秒激光微圆孔加工的影响研究[D]. 宋昶. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(06)