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光学学报 2025年

作者：张龙胜迟歆妍占必炎张皓轩刘贤文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

薄膜铌酸锂（Thin-film lithium niobate, TFLN）光子平台为实现片上集成平衡光学互相关器（Balanced optical cross-correlator, BOC）提供了新途径。尽管周期极化TFLN波导已成功实现高效率二次谐波生成，然而目前尚缺乏关于TFLN偏振... 详细信息

薄膜铌酸锂（Thin-film lithium niobate, TFLN）光子平台为实现片上集成平衡光学互相关器（Balanced optical cross-correlator, BOC）提供了新途径。尽管周期极化TFLN波导已成功实现高效率二次谐波生成，然而目前尚缺乏关于TFLN偏振无关反射器的系统研究，限制了芯片级BOC器件的发展。为此，本文基于z切TFLN光子平台，设计并制备了一种具备偏振旋转布拉格光栅结构的偏振无关反射器。测试结果表明，该器件在1548.3～1556.8 nm波段内对横电基模（TE0）和横磁基模（TM0）展现出几乎一致的透射谱响应，3-dB带宽约为8.5 nm，偏振消光比超过20 dB。结合TFLN光子平台优异的二阶非线性和周期极化特性，本研究有望为实现片上集成BOC器件提供重要支撑。

关键词：平衡光学互相关器偏振无关反射器薄膜铌酸锂偏振旋转布拉格光栅

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可重构超表面研究进展及应用(特邀)

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红外与激光工程 2025年第3期54卷 14-34,I0001页

作者：杨蕾熊浩然吴翰铭刘珅东王涌天黄玲玲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

随着信息技术的快速发展,新型显示、动态成像、智能传感、第六代(6G)无线通信等领域的需求日益增长,超表面作为一种能够对电磁波波前进行灵活调控的新型调控技术,逐渐成为研究的热点。可重构超表面通过引入可调材料或施加外部激励,能够... 详细信息

随着信息技术的快速发展,新型显示、动态成像、智能传感、第六代(6G)无线通信等领域的需求日益增长,超表面作为一种能够对电磁波波前进行灵活调控的新型调控技术,逐渐成为研究的热点。可重构超表面通过引入可调材料或施加外部激励,能够动态实时调节电磁波的传播特性,如相位、振幅、偏振等,具有极高的灵活性和可定制性,这使其在多种应用领域中展现出广阔的前景,如可重构光学元件、动态结构色显示、智能无线通信、探测与成像系统等。该综述对近年来可重构超表面的研究进展进行了系统梳理,重点介绍了可重构超表面的基本原理、调控机制及其在显示与成像系统、光计算、无线通信等多个应用领域中的进展。文中总结了可重构超表面在高效动态调控、高集成度和大规模制造等方面面临的挑战,展望了未来研究将聚焦于提高材料响应速度、推动超表面的智能化设计以及探索低成本、高稳定性的制造工艺,为实现更高效、智能的光学解决方案提供重要支撑。

关键词：超表面可重构超表面动态调控动态显示光计算无线通信

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大视场宽出瞳近眼显示光机优化设计方法

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光学技术 2024年第6期50卷 686-689页

作者：姜帅许两发刘娟北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京理工大学光电学院北京100081

针对近眼显示系统中光机的大视场和宽出瞳相互制约,提出了一种可用于近眼显示的大视场与宽出瞳尺寸的光机设计方案。方案优化设计了四块非球面透镜,通过设计两个不同的正交平面出瞳,扩展其中一个方向的出瞳距离和尺寸,不仅提高成像质量... 详细信息

针对近眼显示系统中光机的大视场和宽出瞳相互制约,提出了一种可用于近眼显示的大视场与宽出瞳尺寸的光机设计方案。方案优化设计了四块非球面透镜,通过设计两个不同的正交平面出瞳,扩展其中一个方向的出瞳距离和尺寸,不仅提高成像质量,而且减小畸变。为了验证该优化设计方法,设计了近眼显示系统,实现了彩色、对角视场角为53.6°、出瞳距离为30mm、出瞳尺寸为8mm的优化设计。该光机的优化设计方法为实现大视场近眼显示系统提供了技术参考。

关键词：近眼显示增强现实光学设计光波导

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面向增强现实的虚实遮挡技术综述

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中国图象图形学报 2024年第10期29卷 2859-2879页

作者：吴宇晖李晓娟刘越北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京理工大学光电学院北京100081 北理工郑州智能科技研究院郑州450000

随着软件技术的快速发展以及硬件设备的不断更新,增强现实技术已逐步成熟并广泛应用于各个领域。在增强现实中,虚实遮挡处理是实现虚拟世界和真实世界无缝融合的前提,对提升用户的沉浸感和真实感具有重要的研究意义。该技术通过建立尽... 详细信息

随着软件技术的快速发展以及硬件设备的不断更新,增强现实技术已逐步成熟并广泛应用于各个领域。在增强现实中,虚实遮挡处理是实现虚拟世界和真实世界无缝融合的前提,对提升用户的沉浸感和真实感具有重要的研究意义。该技术通过建立尽可能精确的虚实物体遮挡关系以呈现逼真的虚实融合效果,使得用户能够正确地感知虚拟物体和真实物体的空间位置关系,从而提升交互体验。本文首先介绍了虚实遮挡的相关背景、概念和总体处理流程。然后针对刚性物体和非刚性物体的不同特点,总结了现有的基于深度、基于图像分析和基于模型3类虚实遮挡处理方法的具体原理、代表性研究工作以及它们对刚性物体和非刚性物体的适用性。在此基础上,从实时性、自动化程度、是否支持动态场景及适用范围等多个角度对现有的虚实遮挡方法进行了对比分析,并归纳了3类虚实遮挡处理方法的具体流程、难点以及局限性。最后针对相关工作中存在的问题,提出了目前虚实遮挡技术所面临的挑战以及未来可能的研究方向,希望能为后续的研究工作提供参考。

关键词：增强现实虚实遮挡刚体及非刚体深度图修复前景提取

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银纳米线柔性可见光透明电极的制备与研究(特邀)

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光子学报 2022年第9期51卷 80-88页

作者：王涛杨琢冯翰林黄玲玲王涌天张楠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

为了解决银纳米线受限于高温焊接工艺和物理焊接效率在柔性透明材料应用上存在瓶颈的问题,结合飞秒激光纳米焊接工艺制备了银纳米线/PMMA/PDMS柔性在可见波段透明的电极,通过对不同激光波长与不同银纳米线交叉角度间的相互作用进行数值... 详细信息

为了解决银纳米线受限于高温焊接工艺和物理焊接效率在柔性透明材料应用上存在瓶颈的问题,结合飞秒激光纳米焊接工艺制备了银纳米线/PMMA/PDMS柔性在可见波段透明的电极,通过对不同激光波长与不同银纳米线交叉角度间的相互作用进行数值模拟,摸索了激光焊接辐照强度以及银纳米线沉积密度的最佳工艺参数。研究结果表明,辐照银纳米线网络的激光波长选取为600 nm,激光功率选取为160 mW,辐照时间为25 s,银纳米线的沉积密度为167.85 mg/cm^(2)时,获得最高的品质因数,对应的薄膜方块电阻值为12.72Ω/sq,在波长550 nm处的透射率为82.41%,表现出优异的光电性能;在220次弯折循环和70次粘贴测试中,所制备柔性透明电极的方块电阻保持稳定,表现出良好的机械稳定性。

关键词：银纳米线柔性透明电极飞秒激光辐照焊接柔性电子

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基于超表面的相位成像技术进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 264-280页

作者：李昕徐正琨杨静育王涌天黄玲玲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 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室北京100081

相位是光场信息的重要组成部分。在光学显微成像领域,大部分生物细胞对光的吸收较弱,传统的亮场显微无法准确地表征细胞的结构特征,因此相位成像成为非标记细胞观测的重要方法。经典的相衬显微镜基于干涉成像原理,通常需要大块的折射棱... 详细信息

相位是光场信息的重要组成部分。在光学显微成像领域,大部分生物细胞对光的吸收较弱,传统的亮场显微无法准确地表征细胞的结构特征,因此相位成像成为非标记细胞观测的重要方法。经典的相衬显微镜基于干涉成像原理,通常需要大块的折射棱镜或者复杂的成像系统,因而系统臃肿,易受环境扰动。超表面是一种特征尺寸在纳米或微米量级的光学元件,具有强大的光场调控能力,超表面集成在显微系统中可以实现方向无关、单摄式的定量相位成像,具有小型、轻便、易集成等优点。本综述回顾经典的相位成像技术原理,详细介绍基于剪切干涉、相位衬比和强度传输方程等3类超表面的相位成像技术原理,比较不同技术的优缺点和适用场景,指出超表面在相位成像领域面临的挑战,并对未来发展趋势进行展望。

关键词：相位成像超表面剪切干涉涡旋相衬

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多维度大容量超表面全息及光场变换

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光学学报 2024年第2期44卷 52-61页

作者：陈彦杰徐正琨赵睿哲李晓炜王涌天黄玲玲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 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室北京100081 北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造实验室北京100081

超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了... 详细信息

超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了新平台,有望解决传统光学元件和系统向微型化、集成化和多功能化发展的瓶颈。主要围绕超表面的多维度全息混合复用、二维/三维光场变换、矢量光场的产生与操控三方面进行介绍。最后,对超表面的未来发展趋势进行了展望。

关键词：超表面多维度光场调控全息成像光束整形

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实时全息三维显示技术研究进展

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光学学报 2023年第15期43卷 118-131页

作者：刘娟皮大普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 光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

全息三维显示技术能有效地重建三维物体的波前,并为人眼提供完整的深度线索,已经成为三维显示领域的研究热点。相比于光学全息,计算全息通过计算机模拟全息图的记录过程,并采用可刷新的空间光调制器替代传统的光学记录材料作为全息图的... 详细信息

全息三维显示技术能有效地重建三维物体的波前,并为人眼提供完整的深度线索,已经成为三维显示领域的研究热点。相比于光学全息,计算全息通过计算机模拟全息图的记录过程,并采用可刷新的空间光调制器替代传统的光学记录材料作为全息图的承载媒介,因而成为理想的实现实时全息三维显示的技术方案。然而,复杂三维场景数据量巨大、空间光调制器调制能力不足以及全息三维显示系统展示度不高等问题仍阻碍了实时全息三维显示的发展。为了克服这些不足,研究者们在算法和硬件两方面做出了许多创新工作。本文综述了实时全息三维显示的进展。首先概述了全息术的基本原理和发展简史,接着详细介绍了全息图快速计算方法和针对现有空间光调制器的波前编码方法,然后讨论了深度学习对实时全息三维显示做出的贡献并介绍了一些典型的全息显示系统,最后对实时全息三维显示的未来发展进行了展望。

关键词：全息三维显示计算全息全息图深度学习

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神经反馈训练中的虚拟现实技术综述

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计算机辅助设计与图形学学报 2023年第8期35卷 1150-1161页

作者：陆凯岳康胡昊辰沙浩刘越王涌天北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081 北京理工大学光电学院北京100081 北京电影学院未来影像高精尖创新中心北京100088

随着虚拟现实技术及脑-机接口技术的快速发展,虚拟现实在认知训练及神经康复等领域得到了广泛的应用,逐渐成为相关领域研究的热点.与传统的认知训练方法相比,应用于神经反馈训练中的虚拟现实技术通过将用户真实的训练环境替换为可定制... 详细信息

随着虚拟现实技术及脑-机接口技术的快速发展,虚拟现实在认知训练及神经康复等领域得到了广泛的应用,逐渐成为相关领域研究的热点.与传统的认知训练方法相比,应用于神经反馈训练中的虚拟现实技术通过将用户真实的训练环境替换为可定制的沉浸式虚拟环境,在显著降低系统使用成本的同时有效地提升了训练绩效.从虚拟现实技术在神经反馈训练领域的优势和应用出发,分析了神经反馈训练机制,讨论了虚拟现实技术的反馈训练方法;结合神经反馈训练中的虚拟现实技术研究现状,提出诱发更明显的脑电特征、设计个性化训练方案、提高反馈信息的传输速率、提高训练过程的舒适度以及融合多模态脑影像技术是未来的发展方向.

关键词：虚拟现实神经反馈脑-机接口认知能力神经康复

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衍射光学元件设计方法综述

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光学学报 2023年第8期43卷 109-128页

作者：徐嫄王常宇王涌天刘娟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 光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

衍射光学元件(DOE)因其轻型化、小型化和多功能化等特点,在现代光学系统中得到了越来越广泛的应用。针对不同应用场景下DOE的性能需求,研究人员需要灵活运用DOE的设计方法进行设计。通过回顾DOE设计的基本原理简述了现有基于衍射原理和... 详细信息

衍射光学元件(DOE)因其轻型化、小型化和多功能化等特点,在现代光学系统中得到了越来越广泛的应用。针对不同应用场景下DOE的性能需求,研究人员需要灵活运用DOE的设计方法进行设计。通过回顾DOE设计的基本原理简述了现有基于衍射原理和干涉原理的DOE设计方法,通过几种典型应用中的最新进展阐述了具体的DOE设计方法及其适用性,并对DOE设计中的难点及其在未来科技中的可能应用方向进行了展望。

关键词：光学设计衍射光学元件设计适用性应用

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