Enligt tidningen Optica har HUST gjort ett genombrott inom området friformsstrålemodulering.
Optica publicerade online forskningsartikeln "Sculpting Optical Fields into Caustic Patterns based on Freeform Optics" av docent Ma Donglins grupp vid School of Optoelectronic Information vid Huazhong University of Science and Technology (HUST). " uppsats.
Att manipulera energiöverföringen av optiska fält är ett viktigt ämne inom optikforskning och har ett brett spektrum av tillämpningar inom lasermikrobearbetning, optisk pincett, optisk mikroavbildning, belysningsteknik och andra områden. Spridningsfenomen är en naturlig process för att reglera ljusenergiöverföring som finns i naturen och det dagliga livet, såsom solljusbestrålning av strömmande vatten bildar ett krusningsliknande mönster på vattnets botten (Fig. 1a), och bildandet av en taggig ljusfläck inuti ett glas vatten under ljuset (fig. 1b), och så vidare. Dessa fenomen visar att vanliga optiska ytor och media i livet har en fokuserande effekt på ljus och bildar skarpa och stabila fläckmönster.
Fig. (a) Bijective-mapping-baserad friformsoptikdesign. (b) Design av frätande mönster som möjliggör nya funktioner hos optiska element med fri form (FOE).
Fig. 1. Modulering av optisk energiöverföring baserat på defokuseringsfenomenet
Under de senaste åren har det skett en blomstrande forskning inom området optisk design på optiska element i fri form, som har fördelarna med hög moduleringsnoggrannhet och hög energieffektivitet, och som är lämpliga för problemet med strålmodulering vid makroskopiska storlekar. De befintliga designmekanismerna är dock huvudsakligen baserade på partiella differentialekvationer för att lösa koordinaterna för ljusmålpositionen eller ytpunktmolnet i fri form, som inte kan hantera uppkomsten av astigmatism och moduleringsproblemet med ljusflödet överföring i tredimensionellt utrymme är inte väl studerat.
Ma Donglin-teamet föreslog ett designschema för friformsoptik (friformsoptik), som bryter mot de traditionella designbegränsningarna för friformsljusreglering, kräver inte längre ett enda plan som använder en komplett ljusstråle för att uppnå den föreskrivna ljusfördelningen och bryta igenom det infallande ljuset och målkorsningen mellan dubbelskottsmappningsförhållandet, genom den infallande ljusljusenergin för att noggrant fokusera och reglera, och för att uppnå någon form av skarp astigmatisk ljusfläck (fig. 1c). Metoden kan också sprida den maximala ljusfältsintensiteten längs en föreskriven rumslig bana genom att fokusera ljuset på en enkel tredimensionell kurva, som förväntas applicera friformade ytelement till ett bredare spektrum av ljusmoduleringsapplikationer.
För att validera prestandan hos sådana friformade ytelement, gjorde teamet en jämförelse med en designmetod baserad på bijektionskartläggning. Genom att projicera till en rumslig ljusmodulator genererades fyra olika storlekar av punktfördelningar, respektive. Resultaten visade att den spridningsbaserade designen kunde bilda skarpare mönster jämfört med den konventionella designen.
Figur 2. Jämförelse av designresultat med traditionella metoder
Forskargruppen verifierade också andra potentialer hos den defokuseringsbaserade designen, såsom moduleringen av Lambertians punktljuskällas luminescens och strålformning i tredimensionellt utrymme, och några av designresultaten visas i figurerna 3 och 4.
Figur 3. Ytbelysningselement med fri form som realiserar ett diffust fokusmönster
Figur 4. Förlängning av skärpedjupet för ljusfördelning
Shili Wei, doktorand vid School of Optoelectronic Information vid Huazhong University of Science and Technology, är den första författaren till artikeln, docent Donglin Ma är motsvarande författare och doktoranden Yitong Li är medförfattare. Arbetet finansierades av National Natural Science Foundation i Kina och Shenzhen Natural Science Foundation.
Enligt sekretariatet för Yangtze River Delta G60 Laser Alliance, fick Donglin Ma medel från China Scholarship Council (CSC) 2010 för att ta en Master of Science i optisk teknik och en doktor i naturvetenskap vid College of Optical Science vid universitetet i Arizona, ett av de tre stora optiska centren i USA. Under sin Ph.D. period ägnade han sig åt forskningen inom belysningsteknik, friforms optisk design, relaterad optisk systemutveckling och optisk testning, och uppnådde fruktbara resultat, genomförde ett antal forskningsprojekt, publicerade eller presenterade flera akademiska artiklar och konferensartiklar, och hans relaterade arbete har rapporterats offentligt av Laser Focus World och andra medier, och han har utvecklat CGH interferometri, panorama endoskopiskt system, mikroskop och optiska testsystem. endoskopisystem, mikroskop, 3D-mätinstrument och många andra optiska system. Efter att ha erhållit sin Ph.D. examen återvände han till Kina på heltid 2016 och arbetar för närvarande som docent vid School of Optics and Electronic Information vid Huazhong University of Science and Technology. Under denna period fungerade han som teknisk rådgivare till den vetenskapliga kommittén för "Large (12-meter) Optical Infrared Telescope", ett stort projekt i Kinas 13:e femårsplan, där han ansvarade för att utvärdera den optiska design av teleskopet i det förberedande arbetet med projektet å ena sidan, och var den huvudsakliga ansvarig för den konceptuella designen av teleskopet i tävlingen av Huazhong University of Science and Technology (HUST) å andra sidan. Utformningen av teleskopet baserat på ett stort optiskt infrarött teleskop har rapporterats av Science, en berömd amerikansk tidskrift för vetenskap och teknik, och har även väckt stor uppmärksamhet från inhemska medier, inklusive intellektuella. Mitt akademiska forskningsarbete som följer Huazhong University of Science and Technologys krav på akademisk stil, skriver på allvar två "papper", en i akademiska tidskrifter, har publicerat mer än 30 akademiska artiklar, ansökt om ett antal uppfinningspatent; den andra är skriven i moderlandet, genomförde ett antal vertikala projekt på nationell och provinsnivå, militära vertikala och civila hamnar. Han har genomfört ett antal nationella och provinsiella vertikala projekt, militära vertikala och civila horisontella projekt, etc., som har uppnått viktiga social påverkan.
För närvarande är han huvudsakligen ansvarig för tre aspekter av det vetenskapliga forskningsarbetet: för det första att främja etableringen och konstruktionen av den stora vetenskapliga enheten "Nantian Spectroscopic Survey Telescope", såväl som kärnnyckeln för teknisk forskning, den totala byggbudgeten för projektet förväntas nå cirka 1,2 miljarder; för det andra, att ta ledningen i att genomföra forskningsarbetet inom det militära 863-projektet för laserspeciella underämnen, inklusive membransystemstabilitet, nya typer av lasrar och forskningsarbetet inom laserprojektet. För det andra är han huvudsakligen ansvarig för forskningen av en rad underämnen i 863-projektet om laser, inklusive membransystemstabilitet, nytt laserbelysningssystem, natriumguidestjärnlasersändare, etc. För det tredje är han främst ansvarig för forskning och utveckling av Tianqin-teleskopet, som är kärnan i Tianqin-projektet.
