摘要：集成圆偏振光(CPL)识别及记忆学习功能的光子人工突触(PAS)器件对高级神经形态视觉系统具有重要价值。本文通过简单的共混策略及器件多层结构设计,制备了可见光范围内的CPL突触晶体管器件。实验证明,通过手性小分子(4-[[4-(己氧基)苯甲酰基]氧基]-1,1’-[1,1’-联萘]-2,2’-二酯)苯甲酸(S6N)或(R)-(9CI)-4-(己氧基)-[1,1’-联萘]-2,2’-二(氧羰基-4,1-亚苯基)苯甲酸(R6N)与聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)(PFO)共混制备的薄膜经过手性诱导和退火后具有强烈的手性光学活性。以该共混膜为手性层、联噻吩-氮杂异靛蓝-含氮苯并二呋喃二酮给体-受体共轭聚合物(C13P3.75)为电荷传输层,制备的双层光电晶体管能够在405 nm CPL照射下进行多种生物突触行为的模拟。成功模拟了兴奋性突触后电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)及短期记忆(STM)到长期记忆(LTM)的转变。实验结果表明,制备的有机场效应晶体管(OFET)器件具有优异的CPL区分能力,对405 nm CPL的光电流不对称因子达到了-0.492。

摘要：体全息光栅作为全息波导显示器的出/入耦合元件,其性能严重影响波导系统的视场。因其角度选择性,当光束偏离布拉格角入射体全息光栅时,其衍射光角度会产生较大的偏移,使得其与出耦合光栅的响应带宽不匹配,限制了波导系统的视场。首先基于Kogelnik理论对波导系统中体全息光栅的带宽匹配进行了分析。为了扩展波导系统的视场,提出了一种复用体全息光栅的设计方法。该设计旨在扩展出耦合光栅的响应带宽并同时收缩入耦合光栅的衍射光角度,使得出/入耦合光栅的带宽相匹配。仿真结果表明:采用本文设计的复用体全息光栅后,波导系统的视场能达到22.9°。本文设计的复用体全息光栅制备简单,可以有效拓展波导系统的视场。

摘要：根据全反射原理设计了一款基于表面微结构的超薄透镜,由自由曲面将光源出射的光线进行准直,随后利用微米级表面微结构将准直光线反射到底部,再配合底部的反射膜将光线进行二次反射,从而能够在较小的混光距离(OD)下有效增大光斑尺寸。利用边缘光线原理,改善了扩展光源下光线经自由曲面后准直性劣化问题。仿真结果表明,该透镜应用于超薄背光模组时,能够在OD为3mm、距离-高度比(DHR)为15mm的3×3阵列下获得82%的均匀性,相比传统双自由曲面透镜均匀性提升40.7%。该透镜设计方法简单,避免了双自由曲面透镜尺寸较小时加工误差的影响,无需后期大量复杂的优化工作,具有较大的实际应用价值。

摘要：提出了一种单个透镜目标面照度分布的设计方法,根据背光中Mini-LED光源数量及阵列排布间距、混光距离、目标面光斑半径等信息,建立了背光目标面上照度值与单颗透镜目标面照度分布之间的映射矩阵,通过LSQLIN迭代优化算法得到单颗透镜目标面照度分布,最后采用光源-目标面能量映射法设计双自由曲面透镜。以Mini-LED阵列排布间距为39 mm×30 mm、混光距离为6 mm且目标面光斑半径为40 mm为例进行设计。仿真结果表明,所设计的透镜阵列应用于光源数为5×5的Mini-LED背光时,目标面照度均匀性达到87.45%,对比常用的均匀分布及高斯分布分别提升6.24%和3.34%。本方法在确保背光照度均匀性的前提下降低了透镜设计的计算复杂度,无需大量的后续优化工作,为Mini-LED背光中双自由曲面透镜的设计提供了一种实用有效的方法。

摘要：根据Czerny-Turner结构光谱仪工作原理,以便携式微型光学系统为设计目标,设计了一种光谱范围为200900nm的交叉非对称型Czerny-Turner光谱仪光学系统.通过分辨率、光谱范围等设计要求确定光谱仪大致结构后,引入初级像差对初始结构进行进一步优化.首次提出将球差约束条件与光阑面选取相结合,设计流程确定准直镜通光口径、光栅初始尺寸及聚焦镜中心波长对应口径,继而结合彗差约束条件,确定球面镜离轴角,并基于几何光学确定聚焦镜初始通光口径的方法.利用ZEMAX软件对初始参量进行模拟优化,并采用自主研制的样机进行光谱测量,分析结果表明,该光学系统能够在狭缝宽度为25μm,光栅常数为1.667μm/line条件下,实现中心波长分辨率优于1nm,边缘波长分辨率优于1.5nm.

摘要：针对工业大视场物镜畸变成像的实时校正问题,提出一种校正算法和CPU+GPU并行加速方案.根据光学畸变理论和相机标定技术,建立非球面畸变校正模型.利用棋盘样板计算光学中心和估计畸变系数,设计校正算法.在CPU+GPU并行加速方案基础上,设计内核自适应维度算法并优化运行程序,结合OPENGL驱动进行实时校正和显示.实验结果表明,本文设计的实时校正系统对高分辨率的畸变成像校正率可以达到98.2%,单帧耗时0.026 s,平均综合加速比为29.1.该系统精度高,可移植性强,简单易行,能够广泛应用于成像畸变的实时校正.

摘要：发光二极管(LED)已经成为头盔显示器液晶像源主流背光源。LED发散角较大,大量的光线无法得到有效利用而造成能量的浪费,故需要对LED进行二次光学设计以有效提高光效。背光包括由若干个LED组成的阵列。对单个LED设计了双曲面透镜,形成了8 mm直径的均匀圆形光斑。对单个透镜进行切割,以形成矩形光斑。但由于切割面的全反射,矩形面积内存在亮斑。对透镜进行了优化设计,获得了亮度均匀的矩形光斑。4个矩形透镜拼接成透镜阵列。为消除杂散光斑,对透镜再次进行了优化设计。根据设计结果加工了透镜阵列并对背光进行了实际测试。测试结果表明:和传统背光结构相比,采用两层扩散膜和透镜阵列后,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由39°降低到23°。满足头盔显示器液晶像源背光的要求。

摘要：为了实现对荧光免疫层析试条浓度的定量测量,设计了一种荧光免疫层析试条成像检测系统。采用365nm紫外线发光二极管(LED)作为激发光源,通过手持式变倍显微镜相机采集免疫层析试条的荧光图像。根据试条图像荧光检测线和质控线区域位置相对固定的特性,使用最大类间方差遗传算法对图像进行分割,并通过对荧光区域进行定位来去除背景噪声;然后对分割出的荧光图像进行背景滤除,计算出检测线和质控线的灰度值;最后计算荧光区域的特征值,实现对荧光试条浓度的定量检测。实验证明,荧光免疫层析试条成像检测系统的重复性好,5种不同浓度的荧光试条各进行10次重复性检测,检测结果的变异系数均小于0.5%,拟合出的标准曲线的拟合程度可达0.99944,实现了快速定量化检测。

摘要：针对传统的液晶显示器应用于一些驾驶舱时存在的特殊观看视角问题,设计了一种新型的光学膜,以使液晶显示器的最大亮度可根据观看者的位置实现特定角度的偏转。首先,基于现有背光的配光曲线,提出光学膜表面微结构为直角三角形;考虑由于直角边的全反射,半光强视角范围较窄且存在截止角,对微结构进行了棱高和角度的优化设计,使半光强处视角范围得到提高。为消除截止角并进一步增大半亮度视角范围,对微结构再次进行优化设计,提出了双峰折线形非对称的光学膜表面微结构。仿真结果表明:水平视角不变时,偏转膜垂直方向最大亮度在20°处,透过率为87.3%,半亮度视角为(-12.5°,45°)。根据设计结果加工了实际样品并进行了实验测试,测试结果表明:与传统的背光视角相比,偏转膜垂直方向最大亮度由原来的0°偏转到18.9°,半亮度视角由(-24.1°,23.5°)变为(-9.2°,45.3°),透过率为82.0%,满足了特定视角的观看要求。

摘要：针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。