摘要：基于能量守恒定律和网格划分法,设计了一种实现LED阵列近场均匀照明的自由曲面大角度透镜,其内曲面为椭圆形曲面、外曲面为自由曲面.根据能量守恒定律建立映射关系,对光源和目标面进行网格划分,并结合折射定律,迭代求解出外自由曲面数据点.分析了椭圆形内曲面的长短轴比值对透镜菲涅耳损耗和照度均匀性的影响.结果表明：短轴与长轴的比值在0.35~0.55时,出光效率和照度均匀性最佳.通过反馈优化法对LED阵列进行优化,重新划分网格,使叠加部分光照度减弱,提高了整体光照均匀性.仿真结果表明：仅对透镜外自由曲面的面型数据点进行优化,在目标面高度为80mm,透镜出光角度为157°时,优化后的整体光照均匀度由优化前的0.40提高到0.84,出光效率大于0.9.

摘要：为了克服指向光源裸眼三维显示器光源结构复杂的问题,研究了一种侧面发光塑料光纤(POF)阵列背光源的设计和制作方法。通过分析侧面发光POF阵列和柱面微透镜阵列组成的定向成像光路,得到了侧面发光POF阵列的排布公式。实验制作了一种用于指向光源的侧面发光POF阵列,测量了指向光源的串扰度。结果表明,在设计的视区最佳距离530 mm处,横向-200~200 mm区域内的最低串扰度可达1%以下。最后分析了柱面透镜像差、POF阵列光纤错位和视区视角增大对POF阵列指向光源串扰度的影响。

摘要：为了增强发光二极管(LED)散热器的散热能力并降低其质量,对传统LED太阳花散热器进行了开缝交错设计。利用Solidworks软件建立散热器三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真。以传统太阳花散热器为基础模型,通过实验得到此模型4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.6%,在允许范围内,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同开缝数量和开缝宽度对LED芯片最高温度的影响进行了研究,结果表明开缝交错设计明显增强了LED散热器的对流散热性能。当输入功率为26 W、开缝数量为9、开缝宽度为1mm时,LED芯片的最高温度为122.15℃。在模型参数相同的条件下,配备开缝交错设计散热器的LED的最高温度比配备传统太阳花散热器的LED下降了8.68℃,且散热器质量下降了6.85g。在自然对流条件下,开缝交错设计有效地延缓了热边界层的形成,改善了流场分布,增强了太阳花散热器的散热性能,并降低了其质量。

摘要：提出了一种基于轴棱锥产生零阶近似无衍射Mathieu光束的新方法,利用轴棱锥聚焦具有椭圆高斯振幅调制的平面波,得到近似零阶无衍射Mathieu光束.根据椭圆高斯平面波经轴棱锥衍射的衍射积分公式,对光强分布进行了数值模拟,依据几何光学模型计算了近似无衍射Mathieu光束的最大无衍射距离,并设计了实验对理论模拟的结果进行了验证.实验采用柱透镜和准直扩束系统变换圆高斯光束产生具有椭圆高斯振幅调制的平面波,用轴棱锥聚焦该平面波后得到近似无衍射Mathieu光束,实验结果与理论模拟和计算相符.

摘要：研究了以大功率发光二极管(LED)作为光源的聚合物光纤束(POFB)透镜耦合器的原理和设计方法,基于能量补偿和坐标迭代法设计了一种能量均匀分布自由曲面透镜耦合器。透镜耦合器由两个折射曲面和两个反射曲面以及一个环形柱透镜面组成,折射曲面将修正的朗伯型大功率LED光束中发散角度较小的光线均匀分配在POFB端面上;反射曲面将LED光束中发散角度较大的光线作为补偿光线进行能量重新分配以提高目标面的照度均匀性,并以光纤束端面的照度均匀性和有效光利用率为优化目标对透镜耦合器结构进行优化设计。光学仿真结果表明,当采用3535规格的LED作为光源时,设计的耦合器可使直径为0.5 mm的20×20根POFB端面照度均匀性达到92%,有效光利用率达到71%。

摘要：白光横向平顶光束在定向背光式自由立体显示器中有重要应用.本文提出一种采用带蝶形小孔阵列的衍射掩模片获得白光横向平顶光束的方法.根据广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和多波长叠加原理,推导出光强分布计算式.设计一套实验装置,数值模拟并实验验证出射光束在不同距离的横向光强分布以及小孔蝶形凹度(蝶形中心高度与边长的比值)对横向光强分布的影响.结果表明:当选择小孔蝶形凹度为0.50—0.66时,可以得到平顶因子F 0.89的白光横向平顶光束,横向平顶光束的宽度随着传输距离的增大而增大,而平顶因子基本不变.实验还发现柱面透镜的折射色散和衍射色散可以互相抵消,使白光横向平顶光束基本无色散.

摘要：提出一种利用环缝精确调控空心光束尺寸的新方法.首先用环缝和旋转毛玻璃产生非相干准单色的环形光源,再经过薄透镜聚焦后产生空间相干度按第一类零阶贝塞尔函数分布的贝塞尔-谢尔模型光场,最后通过轴棱锥对贝塞尔-谢尔模型光场的线聚焦,产生空心光束.通过改变环缝大小控制非相干环形光源尺寸,对贝塞尔-谢尔模型光场的空间相干度分布进行调制,从而精确控制空心光束尺寸.应用广义衍射积分理论以及贝塞尔-谢尔模型描述该光学系统所产生的光场分布.设计相关实验进行验证,理论分析、数值模拟与实验结果相符合.该研究成果对不同尺寸粒子的微操控提供有力的手段.

摘要：基于汉克尔波理论和衍射积分理论详细分析了轴棱锥对无衍射光束的线聚焦特性,提出了一种产生周期性局域空心光束的新方法,即无衍射贝塞尔光束经过轴棱锥聚焦后产生具有塔尔博特效应的局域空心光束.数值模拟了无衍射贝塞尔光束照射轴棱锥后,沿传输距离变化的光强分布及一个周期内光强的演变和局域空心光束的形成过程.设计实验系统,由He-Ne激光经过一套光学系统后透过轴棱锥,产生近似无衍射贝塞尔光束,再由第二个轴棱锥对产生的无衍射贝塞尔光束进行线聚焦,在第二个轴棱锥后面由显微镜观测到周期性局域空心光束,并用CCD照相机拍摄了两个周期内的光斑图,实验结果和理论分析相符合.研究结果可用于多层面微粒的操控,对周期性局域空心光束在光学微操控领域的应用具有重要的指导意义.

摘要：基于菲涅耳衍射积分理论和巴比涅原理,推导出像散Bessel光束经圆形障碍物后的光强分布一般表达式.数值模拟了像散Bessel光束经圆形障碍物遮挡后光场的自重建过程,并设计相关实验进行验证,实验结果与理论模拟基本符合.结果表明:零阶像散Bessel光束经过轴上和离轴障碍物后均会发生光束重建现象.随着传输距离的增加,像散Bessel光束的外轮廓尺寸变大、中心光点阵列数增多,逐渐重建出不同于障碍物前的完整光束.并且观察到光束在重建过程中横向和纵向的重建速度并不一致,存在一定的速度差.利用螺旋相位板产生高阶像散Bessel光束,验证了高阶像散Bessel光束经障碍物遮挡后同样具有自重建特性.研究结果对像散Bessel光束在多层面粒子操纵方面的应用具有参考价值.

摘要：设计并研究了一种采用激光打标机在塑料光纤(POF)表面雕刻散射点的侧面均匀发光光纤,可用作自由立体显示器的定向背光光源。通过建立激光打标凹形散射点的POF均匀发光模型,推导了POF均匀发光的散射点坐标计算公式。针对设计的凹形散射点参数,用SolidWorks软件构建侧面发光光纤模型,用TracePro软件进行光线追迹仿真。结果表明,散射点长度半圆心角(用于表征凹形散射点的深度和横向长度)的微小变化对发光亮度均匀度影响较大,而凹形散射点轴向宽度的微小变化对POF侧面发光均匀度影响很小。对各参数进行设计优化后,得到POF半径R=0.25 mm,凹形散射点宽度d=0.15 mm,散射点长度半圆心角θ=15°,POF长度L=600 mm,TracePro软件仿真得到POF侧面发光亮度均匀度为87.5%。根据设计优化后的参数采用激光打标机进行激光雕刻POF表面散射点,得到单根POF的侧面发光亮度均匀度为80.90%。将100根侧面发光POF紧密排布成面光源,得到面光源发光亮度均匀度为88.91%。实验结果表明所提出的设计方法和制作的POF面光源能满足自由立体显示器指向性背光源设计的要求。