固体激光器中泵浦光束尺寸优化

热效应是限制固体激光器输出功率提高的关键因素,为进一步减小热效应,研究了热致衍射损耗和泵浦光束半径之间的关系,引入了激光介质实际温度因子.实验中选用Nd∶GdVO4为激光介质,并通过简易平凹谐振腔实现1 342nm波段的红外激光.研究结果表明:在激光介质实际温度的影响下,热致衍射损耗为泵浦光束半径的显著减函数.可以通过优化泵浦光束半径减小热致衍射损耗并提高激光器输出功率.优化的泵浦光束半径为300μm,对应的输出功率为10.4 W,较前期激光器输出功率提高10%.     

光学系统像面强度的偏振分析

引入偏振像差矩阵的概念,描述光学系统的偏振像差,建立了光学系统的偏振像差矩阵和复振幅响应矩阵之间的关系,并推导出光学系统像面强度的分布函数和入射光的偏振度以及光学系统的平均线偏振灵敏度的成积成正比。最后,以航天光学遥感器中常用的卡氏望远镜以及扫描系统为例,计算并分析了入射光的偏振度和光学系统的平均线偏灵敏度对像面中心点强度的影响。     

高功率1342nm全固态激光器的设计及实现

为减小激光介质热效应,进一步提高全固态1 342nm激光器的输出功率,文中研究了激光介质横向尺寸和热效应之间的关系,实验中选用复合式Nd∶GdVO4晶体为激光介质,并采用平凹谐振腔实现1 342nm波段激光.研究结果表明:热效应正比于激光介质的横向尺寸,可以通过减小激光介质横向尺寸以提高激光器输出功率.实验测得优化的激光介质最大输出功率为9.4 W,转化效率为32.4%,较前期激光器输出功率提高38%.     

双层谐衍射红外消热差光学系统设计

为了有效提高系统在红外的探测与识别能力,实现红外双波段光学系统消像差和消热差,采用具有负色散性能的双层谐衍射元件,设计了一款双层谐衍射/折射混合红外双波段消热差光学系统。基于红外光学系统消热差理论分析了温度对光学参数和系统性能的影响,利用Zemax仿真分析了光学系统在-60～200℃温度范围下的像质。研究结果表明:在尼奎斯特频率为20lp·mm-1与探测器的像元尺寸为25μm的条件下,中波波段的光学调制传递函数均大于0.5,长波波段的光学调制传递函数均大于0.25,中波与长波处的最大弥散斑尺寸均小于25μm,同时系统适应的温度环境范围大。系统具有像质高、分辨率高及工作温度范围大的特点。     

ZEMAX在光学设计外形尺寸计算中的应用

外形尺寸计算是光学系统设计的首要环节,尤其对于复杂的光学系统,外形尺寸计算是否合理直接影响像差的校正与平衡及整个系统的布局.由于光学设计软件ZEMAX中的近轴表面可以模拟理想薄透镜,因此可以根据这一特性来进行光学系统的外形尺寸计算.据此,本文介绍了十倍变焦距光学系统和激光光束整形系统两个典型光学系统的外形尺寸计算,与设计结果相一致.该方法比传统的手工计算法简单、直观,并具有较高的精度.     

电子内窥镜光学系统设计

内窥镜观察范围大,并且观察系统多与手术器械相配合,具有广角长工作距的特点,因此物镜采用非对称反远距结构。设计的光学系统采用尺寸为3.30mm×2.95mm CCD接收成像,像元大小为3.275μm,实现了短焦距（1.7mm）、细径化（Φ=5.5mm）、大视场（100°）、长工作距（50mm）的光学特性。由于该系统为大视场光学系统,会有较大畸变,针对反远距物镜分析了其结构特点和像差特性,通过计算得出系统各个参数,并合理的引用非球面,达到了提高系统成像质量并且降低系统畸变的目的,利用ZEMAX光学设计软件给出了设计实例,并已经应用到实际生产中。     

影响人眼视觉质量的光学因素

人眼作为一种光学器官,存在着一些光学缺陷。从物理学的角度,分析了小瞳孔的衍射效应、眼球光学系统的像差、瞳孔尺寸、照明度和光学散射等对人眼视觉质量的影响,重点分析了由眼球的屈光介质引入的光学像差对人眼视觉质量的影响。对于平常人眼,影响视网膜的成像质量主要受波前像差和衍射的综合作用影响。瞳孔变大时,衍射效应逐渐减弱。人眼的光学像差是影响人类视觉效果的主要因素。就各种不同光学像差性质而言,眼睛成像质量的最大缺陷是球面像差和色像差。     

横向剪切干涉纯背景条纹模拟

横向剪切干涉纯背景条纹因来源于剪切前后波面在重叠区的干涉,而受光学系统像差和附加相位的调制。根据横向剪切的成像理论,利用Matlab软件模拟纯背景条纹,分析离焦像差、球差等光学系统像差和附加相位差的影响。研究结果表明:条纹的密集度和形状受像差的影响很大,随附加相位差呈周期性分布。纯背景条纹的模拟与实验结果基本一致,对比这两种条纹,可调试实际光学系统以获得适宜的像差系数,利于干涉图的数据提取。     

线形腔光纤激光器的光反馈效应研究

提出了一种基于线形腔光纤激光器结构的光学反馈系统,时系统输出功率变化表达式进行了推导,建立模型分析了光反馈对系统的影响,得出其与激光自混合干涉具有相同的相位灵敏度.实验中首先时系统进行了信号观测,同时改变实验条件,对不同参数的影响进行了讨论,实验结果与模拟分析相一致.结果表明:线形腔光纤激光器光反馈系统的输出条纹变化对应着待测物半个波长的位移;条纹不同的倾斜方向可实现对移动方向的辨别;通过适当调节反馈腔腔长与目标靶反射率可优化系统反馈信号的灵敏度.根据以上特性,该系统可应用于光学测量领城,例如位移、距离、速度测量等.     

红外长波投影镜头的光机结构设计及热光分析

红外模拟器在温度变化影响下,透镜会发生位移,同时受热应力作用会发生形变,最终影响其成像性能。为确保在实验室环境下的光学系统能够正常工作,针对红外动态热像模拟器中投影镜头的光机结构进行了热光学特性分析。利用有限元方法分析了实验室温度环境下的各透镜表面热变形,采用Zernike多项式对形变后的镜面进行拟合,将拟合结果带入Zemax软件进行分析,并得到了温度变化后的调制传递函数曲线(加温度变化结果),根据热光学特性分析结果可知,实验室环境温度下,投影镜头具有一定的温度适应性,光机结构设计合理。     

热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究

研究了激光晶体热透镜的球差效应对谐振腔的输出光束质量、腔内损耗和输出功率等特性的影响。通过对二极管端面抽运条件下激光晶体的热效应进行分析,计算了热透镜球差系数的大小,得到了激光晶体热透镜球差系数与抽运光功率和振荡激光半径间的函数关系。实验验证了球差效应对激光谐振腔中基模光束质量的影响,与理论分析符合得很好。     

PCB激光投影光刻照明系统的设计

针对大面积、高产量和节约型印制电路板(PCB)生产使用的激光投影光刻机,利用ZEMAX工程光学设计软件,对其照明系统进行了模拟设计与优化,并对优化后的结果进行了分析.对于设计的照明系统,其像面均匀性、光斑大小和形状、像差以及照明系统与投影物镜的匹配都符合实际要求.     

液体激光器中温度分布的耦合分析

介质的流动改善了液体激光器温度分布的均匀性,起到了自我冷却、减小热效应的作用。应用有限单元法,对单侧泵浦液体激光器工作时涉及的传热和流动过程,进行热-流-固耦合分析,完成对液体介质温度场的数值模拟,并研究了介质流速对温度场的影响。研究结果可为改善液体激光器的冷却效果提供指导。     

激光光斑中心位置计算方法的研究

在某些测量过程中,当激光经过光学系统成像时,因像差影响,而使光斑发生变形,在计算激光光斑中心位置时,计算结果会产生偏差.为解决这个问题,本文通过对经由光学系统射出的激光光斑的图像进行分析,利用Zernike系数与传统的Seidel像差系数建立联系,并基于对彗差的计算,进而校正计算光斑的中心位置,以期达到较高的测量精度.     

大功率激光驱动器镜组性能影响因素分析

为了分析透镜的几何尺寸公差、透镜的装配公差和镜组在线安装公差等主要因素对惯性约束大功率激光聚变驱动器注入镜组性能的影响规律,建立了关于镜组性能影响因素的模型,并采用Matlab和光学设计分析软件对模型进行了模拟计算.通过模拟计算的数据,对注入镜组性能影响显著的要素进行了分析.分析结果表明,透镜的几何尺寸公差、装配公差和镜组在线安装公差与镜组焦距公差、波像差呈线性关系.模拟计算结果和镜组公差判据为保证镜组性能需要的制造和安装公差提供了依据.     

静态星模拟器设计与精度分析

为了实现对星敏感器进行的地面标定和精度测试,研制高精度静态星模拟器,要求模拟器的星间角距精度优于10″。利用激光直写技术制作星点分划板,将其作为核心显示器件来模拟星图,设计准直光学系统实现无穷远距离和角度模拟,并通过优化像差保证模拟星点的成像质量。同时,提出星点位置修正方法以改善由于焦距测不准和光学系统相差带来的星图模拟误差。实验结果表明:经过修正的星图,单星位置模拟精度优于10″,可以作为地面标定与测试装置,供星敏感器进行观测。     

基于频率依赖反馈的可调激光频域双稳态的理论研究

为了克服传统的电光混合反馈型频域双稳器件的速度低噪声大等缺点,采用非线性光纤环形腔作为频率反馈元件,提出了一种新颖的全光反馈型可调激光频域光学舣稳器件.根据系统的非线性响应和频率依赖反馈响应,建立了光学双稳态参量方程.山双稳态参量方程出发,对频域光学双稳特性以及双稳态的可控操作进行了详细的数值研究.讨论了光学双稳态的开关响应速度.结果表明,这种全光纤激光双稳器件可以实现光强驱动舣稳态和增益驱动双稳态.调节环形腔的增益或损耗可以改变光学双稳曲线的位置和形状,实现可控的全光双稳态操作.光学双稳态在频域上的快速跃变可以用来实现激光波长漂移监测和传感.光学双稳态的响应时间为纳秒量级,双稳开关是超快的.     

基于DMD成像控制系统的研究

基于数字微镜器件DMD的工作原理,提出一种应用于激光防护的DMD成像控制系统,利用DMD对光的调制作用,来保护光电成像器件CCD不受激光致盲武器的干扰或破坏。介绍了DMD的工作原理,并从整体上分析了DMD成像控制系统的结构。DMD系统控制和CCD图像采集上进行了软件设计,实现了CCD通过Camera Link图像采集卡采集图像数据及干扰激光光斑的识别。在DMD和CCD像素对应问题上,采用了相移莫尔法的调校方法,通过分析莫尔条纹的相位分布来实现像素的一一对应。最终通过DMD调制后的图像可以清晰看出,系统有效地识别了激光光斑及对DMD的控制,抑制了图像产生的饱和现象,达到了排除干扰激光保护光电成像器件的目的。     

Optical study on the vision correction and supernormal vision based on the wave-front aberrations of human eye

In this paper we present the recent research results in the field of vision correction and supernormal vision according to the actual measurements of the wave-front aberrations and the corneal surface topography,the clinical detection of the visual function and the laser corneal refractive surgery,and the optimization of the optical system. These include the features of the aberrations of human eye with different pupil sizes,different fields of view and temporal accommodation,the influence of the polychromatic illumination of the visible wavelength on the supernormal vision,and the effect of the existing laser corneal refractive surgery on the wave-front ab-errations of the eye. It is shown that the wave-front aberration of human eye is of temporal variation and of synthesis with multi impact factors. To achieve super-normal vision,an optimum engineering data for the customized laser corneal sur-gery should be firstly acquired,which may involve the dynamic free-form optical surface. Although the myopia can be corrected by the laser in situ keratomileusis(LASIK) in a certain degree,it brings about negative effects under scotopic condi-tions.     

Influence of thermal effects on elastohydrodynamic(EHD) lubrication behavior at high speeds

This paper describes a study of point contact elastohydrodynamic(EHD)lubrication behavior at high speeds(up to 20 m s1).Central film thicknesses were measured by optical interferometry device.The influence of slide-roll ratio and operating temperature on the central film thickness was determined.The influence of thermal effects on the reduction of film thickness was discussed via the analysis of numerical simulation method considering thermal effects.Subsequently,the experimental data was used to amend a set of unified parameters for the thermal corrections for different types of oil at high speeds.