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光学精密工程

光学精密工程 光学精密工程
  • 主编：张学军，曹良才
  • ISSN:1004-924X
  • eISSN:2097-3209
  • CN:22-1198/TH
  • 主管单位：中国科学院
  • 主办单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
    • 中国仪器仪表学会
  • 出版周期：半月刊
  • 电话：0431-86176855
  • 邮箱：gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 地址：长春市东南湖大路3888号
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Volume 33 期 23，2025 2025年第33卷第23期

  • 现代应用光学

    “在光谱仪器领域，衍射光栅研究取得新进展，专家总结了宽波段光栅的四类特点，为后续研究提供依据。”

    陈鹏元, 糜小涛, 李烁, 江思博, 周敬萱

    DOI：10.37188/OPE.20253323.3593
    摘要：衍射光栅是光谱仪器中的核心光学元件，与普通光栅相比，宽波段光栅能够在较宽的波段范围内满足光谱分析需求。本文综述了宽波段光栅的国内外研究进展，总结了复杂槽形光栅、分区光栅、中阶梯光栅以及多层介质光栅四类宽波段光栅的特点。其中，复杂槽形光栅的光谱连续性高，衍射效率曲线稳定，但其质量受加工精度影响较大；分区光栅的设计灵活度高，加工工艺成熟，但子区域之间存在相位错配与衍射场差异问题，易被杂散光干扰；中阶梯光栅能在高衍射级次下实现宽波段高分辨率响应，但其精度易受制作设备影响且制作难度大；多层介质光栅结构设计灵活、适应性强，但对材料选择与多层膜厚控制要求高。最后，展望了宽波段闪耀光栅的发展方向，为后续相关研究提供了依据。  
    关键词：光谱仪;宽波段光栅;衍射光栅;闪耀光栅;中阶梯光栅   
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    更新时间：2025-12-19
    “在动态目标高精度空间定位领域，专家提出了基于分步光束法平差的多目视觉测量系统重建算法，优化系统参数，并通过FPGA平台实现快速运行。实验结果表明，该算法的平均空间重投影误差小于68 μm，优于直接线性变换重建算法与传统光束法平差重建算法的精度。该FPGA硬件架构方案可同时对4路高清图像数据实现约40 frame/s的处理速度，满足动态目标空间位置的实时测量需求。”

    张瑞, 周昌鋆, 卞富, 薛安, 张进, 李维诗, 杨飞, 郑泽文

    DOI：10.37188/OPE.20253323.3618
    摘要：凭借测量精度高、速度快、可测范围大、非接触等优点，多目视觉测量系统在航空航天、汽车等领域的动态目标高精度空间定位中应用广泛，但现有基于光束法平差的多目视觉测量系统的三维重建精度和速度仍无法满足动态目标空间位置的高精度快速测量需求。因此，提出了一种基于分步光束法平差的多目视觉测量系统重建算法，分步优化了不同数量级的系统参数，并通过FPGA平台实现了重建算法的快速运行。实验结果表明，本文提出的分步光束法平差重建算法的平均空间重投影误差小于68 μm，优于直接线性变换重建算法与传统光束法平差重建算法的精度。该FPGA硬件架构方案可同时对4路高清图像数据（2 048×2 048×8 bit）实现约40 frame/s的处理速度，满足动态目标空间位置的实时测量需求。  
    关键词：多目视觉测量;分步光束法平差;空间重投影误差;现场可编程门阵列   
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    更新时间：2025-12-19
    “在光场调控领域，专家利用衍射光学元件和U-Net神经网络，成功实现液晶空间光调制器高精度相位标定，为精确应用提供可靠方案。”

    张国峰, 张军勇, 王驰

    DOI：10.37188/OPE.20253323.3630
    摘要：液晶空间光调制器（Liquid-Crystal Spatial Light Modulators， LC-SLM）在光场调控等领域极具发展潜力，但未校准的SLM输出相位不规则，且受实验条件及环境因素影响，相位调制精度难以调控。因此，本文对该调制器进行准确测试与标定，以保障在相关领域稳定且精准应用。基于费马原理和惠更斯-菲涅尔原理，将光栅与衍射透镜组合成衍射光学元件（Diffractive Optical Element， DOE）。利用一对光栅产生三对焦点，中间重合焦点产生干涉条纹，其余光束构建绝对坐标系以确定条纹运动参考点。运用U-Net神经网络预处理干涉条纹图像，通过轮廓检测和质心算法提取关键质心，经计算条纹位移和周期确定相位延迟。最后，搭建包括高相干光源、分束器、LC-SLM、分束光栅和CCD相机的相位校准系统开展实验。实验结果表明，在加载不同灰度调制序列的过程中，干涉条纹随灰度值变化发生了可观测的位移，成功获取相位-灰度响应曲线。拟合结果与理论基本一致，决定系数R²达0.985 1，均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）为0.241 1 rad，且在风扇扰动下仍能维持R2>0.95，RMSE仅增加0.14 rad，验证了方法的稳健性与抗干扰能力。利用双光栅构建绝对空间坐标系的LC-SLM高精度相位标定方法，克服了传统SLM标定方法对装置稳定性要求高、易受干扰、精度欠佳等缺点，为LC-SLM的精确标定提供了可靠方案。  
    关键词：液晶空间光调制器;绝对干涉校准;光栅衍射;抗振性;U-Net神经网络   
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    更新时间：2025-12-19
    “在液晶显示模组力学研究领域，专家建立了三维有限元模型，深入揭示了模组在静压及挤压弯曲载荷下的全场位移分布特征与局部响应规律，为结构优化与可靠性设计提供理论依据与技术支持。”

    方晶晶, 余卿, 江昊, 郑伟峰, 颜华生, 邹松, 郭单余

    DOI：10.37188/OPE.20253323.3639
    摘要：针对液晶显示模组力学研究中忽视真实结构导致的模拟偏差，以及传统通用材料试验机仅能获取整体载荷信息，难以直接验证复杂位移场分布的问题，建立了包含完整结构细节的三维有限元模型。通过精细的几何建模（保留关键结构特征）、优化的网格划分策略（平衡计算效率与精度需求）以及基于实测/可靠来源的材料参数设定构建模型。模型仿真深入揭示了液晶显示模组在静压及挤压弯曲载荷下的全场位移分布特征与局部响应规律，并借助数字图像相关（Digital Image Correlation， DIC）技术构建了系统的全场位移验证框架。实验结果表明，在单点静压测试中，受压区域位移场的数值模拟与DIC测量的相对误差均小于10%，进一步对7个特征点的静压行为进行对比，其误差进一步降低至5%以内。深入分析揭示了边界约束条件与局部结构刚度是影响模型预测精度的关键因素，而这些因素直接关联到液晶显示模组在实际应用中易出现的漏光、压痕等光学缺陷的力学根源。本文所构建的有限元模型在预测核心受压区域行为和面内响应方面具有较高精度，该模型及其验证过程可为后续液晶显示模组结构优化与可靠性设计提供可靠的理论依据与技术支持，也为从力学角度理解和预防光学显示缺陷奠定了基础。  
    关键词：液晶显示模组;数字图像相关;全场位移;有限元仿真   
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    更新时间：2025-12-19
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