检索结果-内蒙古大学图书馆

中国激光 2024年第18期51卷 235-256页

作者：张楠黄郅祺张子安合聪周辰黄玲玲王涌天北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

光计算是采用光信号承载计算数据并利用光学设备进行计算的方式,具有多维度、低延时、低功耗等显著优势。将光计算器件与现有电子计算设备相结合构成光电智能计算架构,有望突破摩尔定律的限制,满足人工智能大算力需求,颠覆传统电子计算... 详细信息

光计算是采用光信号承载计算数据并利用光学设备进行计算的方式,具有多维度、低延时、低功耗等显著优势。将光计算器件与现有电子计算设备相结合构成光电智能计算架构,有望突破摩尔定律的限制,满足人工智能大算力需求,颠覆传统电子计算范式,近年来在学术界和产业界引起越来越浓厚的研究兴趣。围绕光计算的两大分支——光学算子和光学神经网络展开综述,深入探讨各自的工作原理和特点、系统架构特征及应用场景。最后,对光计算和光电智能计算面临的挑战和未来的发展趋势进行展望。

关键词：光计算光电智能计算光学算子光学神经网络人工智能

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大视场二维扩瞳全息光栅波导设计与加工

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光学学报 2024年第2期44卷 264-271页

作者：程德文倪栋伟吕鑫王永东杨通王涌天北京理工大学光电学院北京100081 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

为扩大体全息光栅波导的出瞳直径和视场,提出了二维扩瞳和视场扩展的两重体全息光栅波导设计方法。该波导结构的出耦合光栅由两个两重体全息光栅构成,用于实现二维扩瞳。将入射视场分为两条路径传播,每条路径负责一半的视场,最后将两部... 详细信息

为扩大体全息光栅波导的出瞳直径和视场,提出了二维扩瞳和视场扩展的两重体全息光栅波导设计方法。该波导结构的出耦合光栅由两个两重体全息光栅构成,用于实现二维扩瞳。将入射视场分为两条路径传播,每条路径负责一半的视场,最后将两部分视场拼接形成完整视场。该方法不仅扩大了出瞳直径,还有利于增大全息波导系统的视场角。介绍了二维扩瞳视场扩展的光学原理和设计方法,最终实现的系统水平视场为48°,垂直视场为27°,出瞳尺寸为16 mm×13 mm。实验结果验证了所提方法的可行性。该方法在扩瞳的同时有助于扩展视场角,为头戴近眼显示设备提供了具有前景的有效方案。

关键词：全息两重体全息光栅波导二维扩瞳视场扩展

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融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示系统设计

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光学学报 2024年第9期44卷 1-24页

作者：杨通王永东吕鑫程德文王涌天北京理工大学光电学院北京100081 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力;全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中,将自由曲面与全息光学元件相融合,可以获得较为优秀的系统指标和系统性能,使系... 详细信息

光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力;全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中,将自由曲面与全息光学元件相融合,可以获得较为优秀的系统指标和系统性能,使系统形态更加紧凑、轻便,且得到离轴非对称的新型系统结构。简要介绍了自由曲面光学与全息光学元件的基本原理、光线追迹特性、应用领域等,阐述了自由曲面光学与全息光学元件的融合设计方法,基于对全息光学元件的分类,总结了融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示光学系统的设计与应用,讨论了两类元件融合设计的限制因素并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：自由曲面光学全息光学元件融合设计成像与显示系统

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面向光束整形的自由曲面衍射光学设计方法(特邀)

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红外与激光工程 2023年第7期52卷 73-83页

作者：廖清明冯泽心北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

光束整形技术能够实现激光光束能量分布的良好控制,在激光加工、医疗、激光核聚变等方面具有广泛的应用前景。光束整形方法主要分为几何光学方法和物理光学方法两大类,其中几何光学方法由于忽略了衍射效应,导致一些情形下的光束整形效... 详细信息

光束整形技术能够实现激光光束能量分布的良好控制,在激光加工、医疗、激光核聚变等方面具有广泛的应用前景。光束整形方法主要分为几何光学方法和物理光学方法两大类,其中几何光学方法由于忽略了衍射效应,导致一些情形下的光束整形效果不够精细,但却能为物理光学方法提供良好的优化起点。结合几何光学方法和物理光学方法的复合设计方法能够设计出易于加工的自由曲面衍射光学元件,同时能抑制杂散光和散斑噪声。首先回顾了物理光学方法,然后综述了几何光学-物理光学复合设计方法的研究进展,最后对衍射光学元件设计方法的未来发展方向进行了一定的展望。

关键词：光束整形衍射光学元件复合设计方法自由曲面相位恢复

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基于光线映射初始相位估计和径向基函数优化的光束质量分析

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激光与光电子学进展 2025年第1期62卷 167-174页

作者：陈椿元冯泽心北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

通过测量垂直于光束传输方向的两个平面上的光强分布,利用相位恢复方法可有效地对激光光场进行重建。针对激光光束的相位恢复问题,提出基于光线映射的初始相位估计策略,快速获取一个良好的相位分布初始值。在该相位初始值上叠加径向基... 详细信息

通过测量垂直于光束传输方向的两个平面上的光强分布,利用相位恢复方法可有效地对激光光场进行重建。针对激光光束的相位恢复问题,提出基于光线映射的初始相位估计策略,快速获取一个良好的相位分布初始值。在该相位初始值上叠加径向基函数分量,利用梯度下降的方法求得径向基函数的权重,进一步获取更精确的相位分布。利用角谱法重建激光在空间中的强度分布,并用二阶矩法和最小二乘法拟合光束宽度,从而计算光束质量因子(M^(2))。对单模和多模的激光仿真以及实际的氦氖激光器测量结果表明,所提方法可较高精度地重建激光的相位,进而有效地计算M^(2)。

关键词：光束质量分析激光光场重建相位恢复

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超短焦偏振折反射虚拟现实镜头设计方法

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光学学报 2023年第15期43卷 303-317页

作者：程德文黄逸伦李阳侯起超李丹阳张甜陈海龙王涌天北京理工大学光电学院北京100081 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

超短焦偏振折反射虚拟现实(VR)镜头是新兴的近眼显示光学解决方案,能满足用户对大视场、大出瞳和高清晰度的需求。本文详述了超短焦偏振折反射VR镜头的光路原理,说明了偏振折反射VR光学方案相较于传统VR光学方案的优势,并研究了低应力... 详细信息

超短焦偏振折反射虚拟现实(VR)镜头是新兴的近眼显示光学解决方案,能满足用户对大视场、大出瞳和高清晰度的需求。本文详述了超短焦偏振折反射VR镜头的光路原理,说明了偏振折反射VR光学方案相较于传统VR光学方案的优势,并研究了低应力镜片的设计方法。为增加设计自由度,提出将非球面转化为环形拼接非球面,并介绍了拼接非球面的数学描述与优化策略。针对不同视场的像质差异问题,引入了像质自动平衡优化算法。采用上述方法先后设计了47°视场角和96°视场角的两款超短焦偏振折反射VR镜头,在像质平衡优化后,全视场调制传递函数值较采用普通非球面的系统提升了0.35以上。研究结果证明了环形拼接非球面在VR镜头设计中的可行性与高自由度优势,并体现了像质平衡优化算法的实用性。介绍了超短焦偏振折反射VR镜头的研发流程,原理样机的测试结果验证了该光学系统的良好显示性能。本文提出的设计方法对VR近眼显示设备的高清化与轻量化发展具有指导意义。

关键词：光学设计虚拟现实近眼显示拼接非球面超短焦偏振折反射镜头

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基于方域正交多项式自由曲面的成像系统设计方法(特邀)

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红外与激光工程 2023年第7期52卷 8-21页

作者：周丽军杨通程德文王涌天北京理工大学光电学院北京100081 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

自由曲面为光学系统设计带来了新的设计自由度,可以实现性能与参数更高、结构更紧凑的系统,但自由曲面的加工与检测难度较大,应在设计过程中对工艺性进行实时表征与控制。使用正交多项式面型可以较为容易地实现自由曲面同基底曲面矢高... 详细信息

自由曲面为光学系统设计带来了新的设计自由度,可以实现性能与参数更高、结构更紧凑的系统,但自由曲面的加工与检测难度较大,应在设计过程中对工艺性进行实时表征与控制。使用正交多项式面型可以较为容易地实现自由曲面同基底曲面矢高差的控制,但目前常用的大多是在圆域内正交的多项式,对于自由曲面离轴非对称系统中曲面常用的矩形孔径或者方形孔径局限性较大。针对以上问题,提出了采用方域内具有正交特性的二维Chebyshev多项式以及二维Legendre多项式进行自由曲面成像系统设计的方法。提出采用正交多项式孔径边缘积分的约束方法,以及采用控制方域正交多项式系数平方和的方法,配合正交多项式系数的其他线性约束,在不明显降低系统成像质量的情况下,实现高效的自由曲面系统设计以及曲面检测难度的实时表征与控制。通过多个不同结构的自由曲面成像系统设计实例,说明了所提出的设计方法的可行性与效果。所提出的方法为常用的有矩形曲面孔径的自由曲面系统设计提供了新思路,可以有效提升整个自由曲面系统研制过程的效率。

关键词：自由曲面光学设计方域正交多项式面形描述矢高差

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相位恢复的蒙日-安培方程与迭代角谱复合型方法

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激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 245-252页

作者：马骁陈椿元冯泽心北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

融合几何光学的蒙日-安培方程方法和物理光学的迭代角谱算法,提出了一种复合型相位恢复方法。针对迭代角谱算法高度依赖初始值的问题,将蒙日-安培方程的解作为迭代初值,该初值通常比光强传输方程的解更准确。采用传统迭代角谱算法与混... 详细信息

融合几何光学的蒙日-安培方程方法和物理光学的迭代角谱算法,提出了一种复合型相位恢复方法。针对迭代角谱算法高度依赖初始值的问题,将蒙日-安培方程的解作为迭代初值,该初值通常比光强传输方程的解更准确。采用传统迭代角谱算法与混合输入输出算法的交替迭代策略,以避免算法过早陷入局部最优和迭代停滞。通过数值计算与仿真验证了所提复合型算法的优越性。

关键词：相位测量相位恢复蒙日-安培方程迭代角谱算法光强传输方程

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易于多面共体加工的自由曲面离轴三反系统设计

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光学学报 2023年第8期43卷 337-345页

作者：周丽军杨通高丽娜程德文王涌天北京理工大学光电学院北京100081 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

将自由曲面离轴反射系统的曲面加工在同一个基底上实现了多面共体制造,可以有效降低装调难度,进而提升系统的稳定性。提出了一种有柱形轮廓的多面共体自由曲面离轴三反成像系统的设计方法,基于共焦离轴二次曲面实时生成满足离轴共体系... 详细信息

将自由曲面离轴反射系统的曲面加工在同一个基底上实现了多面共体制造,可以有效降低装调难度,进而提升系统的稳定性。提出了一种有柱形轮廓的多面共体自由曲面离轴三反成像系统的设计方法,基于共焦离轴二次曲面实时生成满足离轴共体系统结构和初阶参数要求的初始结构。提出了一种基于曲面采样点位置约束的自由曲面优化方法来控制系统整体外轮廓的形状与大小,使系统的曲面易于实现共体加工。基于光线追迹信息控制系统的焦距,并抑制光线遮拦和光瞳像差。采用Q2D多项式自由曲面进行系统优化,降低曲面检测难度。最终设计了一款高像质、低畸变、易于共体加工的自由曲面离轴三反热成像系统,并根据自由曲面面形特点对该系统进行了公差分析。

关键词：光学设计应用光学自由曲面多面共体离轴三反系统初始结构

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超多视点显示中后向光线追踪的实时渲染方法

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光学技术 2025年第1期51卷 60-65页

作者：李婧楠魏嘉豪刘娟北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

超多视点显示技术能够提供逼真的三维显示效果,但是大量视点图像的渲染合成过程使得三维显示的实时性受到极大的挑战。文章提出了一种超多视点显示中后向光线追踪的实时渲染方法,根据视点分配矩阵和子像素物理坐标,光线从视点位置出发... 详细信息

超多视点显示技术能够提供逼真的三维显示效果,但是大量视点图像的渲染合成过程使得三维显示的实时性受到极大的挑战。文章提出了一种超多视点显示中后向光线追踪的实时渲染方法,根据视点分配矩阵和子像素物理坐标,光线从视点位置出发逆向追踪到三维场景,并直接对视点合成图像进行子像素级别实时渲染。结果表明,在保证三维图像显示质量不变的情况下,随视点数目增加,渲染帧率始终保持在35FPS以上。该方法避免了渲染合成过程中的信息冗余,渲染速度相比传统的逐视点渲染方法提升了5个数量级。该方法为实现超多视点动态三维显示提供了新的途径。

关键词：光场三维显示超多视点显示后向光线追踪多视点图像处理子像素渲染

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