多程放大系统中透镜倾斜对系统像差的影响分析

为了研究多程放大系统中的透镜倾斜对系统像差影响,采用在商用光学设计软件ZEMAX中建模进行光线追迹结合实验验证的方法,得到了初步分析结果.结果表明,在此类多程放大系统中,对远场能量集中度有较大影响的几种像差主要由透镜离轴倾斜使用造成的,其中离轴四程透镜的影响较大,而且离轴四程透镜的倾斜角度对整个多程系统输出的波前影响并非是线性上升.对校正装置的系统输出波前畸变及今后类似光路的优化设计有一定参考意义.     

高斯光束通过倾斜光学元件的变换特性

基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分,对高斯光束通过倾斜透镜后的传输特性作了研究,推导出了它的传输方程,并与离轴高斯光束通过透镜的变换做了比较,得到一些有意义的结果,以M2因子和桶中功率为参数分析了偏轴高斯光束的光束质量。     

轴棱锥透镜系统产生局域空心光束的几何光学解释

利用几何光学的光线追迹法形象地描述了轴棱锥透镜系统产生局域空心光束过程.分析了局域空心光束传输过程中的光强分布;同时利用光线追迹法分析了透镜焦距对局域空心光束尺寸大小的影响.结果表明,局域空心光束的尺寸随着透镜焦距的增大而增大.实验中利用轴棱锥透镜系统产生局域空心光束,并对不同位置的光斑进行了拍摄,分析了局域空心光束的演变过程及其横向光强分布.实验与理论模拟的结果相吻合.因而容易选择不同尺寸的局域空心光束对不同微粒进行囚禁.     

用圆柱透镜准直半导体激光光束的分析

根据光线传输的基本原理 ,讨论了半导体激光器快轴方向发散光束通过圆柱透镜后的准直特性以及光强分布的改变 ,为正确认识和使用微圆柱透镜改善半导体激光快轴方向光束的发散提供了理论依据     

半导体激光器光束匀化系统的光学设计

为了提高半导体激光器光束的均匀性,设计了非球面与微柱透镜阵列相结合的匀光系统。快轴方向利用光线追迹设计非球面匀化透镜;慢轴方向采用微柱透镜阵列对光束进行分割叠加。半导体激光器输出光束通过该匀光系统,在目标面上可以得到能量匀化的方形光斑。利用Zemax光学软件对半导体激光器单管和阵列进行匀化仿真,验证了该匀化系统应用于半导体激光器整形的可行性,得到了目标面动态范围变化对均匀度的影响程度,研究了微柱透镜阵列间距变化及快轴匀化透镜旋转对光斑均匀度的影响。单管和阵列在输出面上的光斑均匀度均大于90%,能量传输效率分别为95.4%和96.2%。该设计结果对半导体激光器光束匀化具有一定的参考价值。     

恒偏向棱镜的光线变换矩阵和传输特性分析

恒偏向棱镜是指能恒定改变光束传输方向的转向元件。本文分析了恒偏向棱镜,导出了它的光线变换矩阵及失调矩阵,进一步导出了棱镜存在制造公差情况下的变换矩阵,并指出它只是二维失调不灵敏元件。最后分析了它对一般离轴像离散高斯光束的传输变换特性,给出了复曲率和离轴参数的张量变换规律。     

基于透镜阵列的眼科准分子激光光束整形与匀光系统

为提高屈光手术中准分子激光的能量利用率和光斑均匀性,设计了一套由双排透镜阵列和会聚透镜组成的准分子激光光束整形与匀光系统。借助近轴光学计算发现,通过调节双排透镜阵列的间距可以改变聚焦光斑的尺寸,通过调节透镜阵列与会聚透镜之间的距离可以改变光学系统的整体长度而不影响聚焦光斑的形态。利用光线追迹方法对该系统进行了模拟分析,在会聚透镜像方焦平面上获得了呈均匀分布的方形聚焦光斑,并给出了聚焦光斑尺寸随双排阵列透镜间距的变化过程。分析了接收面离焦对光斑尺寸和能量分布产生的影响,指出所设计的光束整形与匀光系统可以满足准分子激光屈光手术对激光光斑质量的要求。     

透镜球差对光纤输出激光器耦合效率的影响

使用光线追迹法分析高斯光束的透镜变换过程。首先使用高斯光束的透镜变换公式计算透镜的焦距及放置位置等耦合系统的参数,然后建立直角坐标系并利用耦合系统的参数构建方程,对边缘光线追迹,计算出像方束腰半径值。根据两种不同方法计算的束腰值计算激光束与光纤的耦合效率并进行比较,得出透镜的球差使得耦合效率降低的结论。最后采用双胶合透镜对球差适当的消除,耦合效率得到提高。     

共轴双半椭圆柱透镜准直半导体激光光束特性研究

基于光线传输理论对椭圆柱透镜及共轴双半椭圆柱透镜准直半导体激光光束的特性进行了研究。结果表明：这两种柱透镜的准直效率随折射率的变化不大,这在一定程度上提高了透镜材料选择的灵活性;并且理论上,共轴双半椭圆柱透镜可以将半导体激光光束快轴方向的发散角压缩到0.1 mrad量级。     

傍轴光束薄透镜传输的统计行为

在光流体模型(HMO)的理论基础上,引用等效高斯光束方法,研究了傍轴光束的薄透镜传输的统计行为,给出了像差的处理方法并讨论了像差对光束质量因子的影响。     

光轴一致性误差对空间透射式系统像差和质量的影响

应用于空间光学的高精度透射式系统对光学装调有着严格的要求,微小的光轴一致性误差都将严重影响系统质量。介绍了一种通过像差分析和仿真预估指导光轴一致性装调的方法。以应用于空间光学的大口径长焦距透射式镜头为例,计算光轴一致性误差的像差特性。首先给出了光学元件偏心与系统像散、彗差以及球差的关系。然后详细分析了各不同透镜像差贡献的差异,分别计算了各元件偏心和倾斜对系统像散和彗差的影响。利用波前均方根(RMS)和光学传递函数(MTF)作为评价函数,得出各个分离透镜偏心误差对不同像差和系统成像质量的影响权重。最后在实验上对该方法进行验证,光学系统装调后实测结果满足像质要求。该方法能够为实际光学装调提供必要的参考,为高精度透射式光学系统的光轴一致性误差调整提供依据。     

离子束刻蚀过程中台阶侧壁倾斜现象研究

从标量衍射理论出发,在傅立叶光学的基础上,建立一个数学模型,分析台阶侧壁倾斜对多阶菲涅耳透镜衍射效率的影响。并通过实验,分析影响台阶侧壁倾斜、表面粗糙度和刻蚀速率的因素,确定离子束刻蚀菲涅耳透镜的最佳工艺参数。     

基于离轴光学系统的水导激光耦合技术研究

在水导激光加工中,聚焦激光与微细水束的耦合对准效果是实现水导激光稳定加工的关键。为了提高水导激光的耦合对准精度,提出了一种新的耦合对准方法,即采用一种双透镜离轴光学系统,系统中一透镜进行轴向移动从而调节束腰轴向位置,另一透镜与喷嘴一起进行径向移动从而调节束腰径向位置。该方法可以有效提高对准装置的分辨率,从而实现高精度的耦合对准。对该方法进行了理论分析,并根据理论分析进行了实验装置的设计。实验结果表明该方法将耦合对准装置的径向分辨率提高了5倍,与预期设计相符。应用该方法成功将激光耦合进入直径100 m的喷嘴中实现水导激光加工,该方法也是离轴光学系统的一个创新应用。     

Design trades for Rotman lenses

The foundation of a satisfactory Rotman lens design is geometric. The effects of seven design parameters (focal angle, focal ratio, beam angle ratio, maximum beam angle, beam port curve ellipticity, array element spacing, and focal length/λ) on the shape, and on the geometric phase and amplitude errors of a Rotman lens are described. The advantage of beam port shaping to reduce phase error, and of pointing port horns at the opposite apex (instead of normal to the curve) to reduce off-axis beam amplitude asymmetries, are shown numerically. A design procedure for selecting these parameters is given, and a calculation of lens gain is presented     

离轴抛物面镜在温度传感器校准系统中的应用

为了改善温度传感器动态校准系统中的晶体透镜对激光束的聚焦效果,使用离轴90°抛物面镜代替晶体透镜对系统进行了改造,通过几何光学方法,对离轴90°抛物面镜应用于激光聚焦光路时的光轴的角度失准对聚焦光斑造成的影响进行了分析,并利用改进后的系统对CHAL-010型热电偶进行时间常数测试和动态校准实验,得到了CHAL-010型热电偶在温度阶跃为242℃左右时的时间常数值,完成了该热电偶的动态校准.结果表明,采用离轴90°抛物面镜代替温度传感器动态校准系统中的晶体透镜能达到温度传感器动态校准的目的.     

基于量子遗传算法的自由曲面离轴反射光学系统设计

针对自由曲面离轴反射光学系统的初始结构较少、优化过程复杂的问题,提出了一种基于量子遗传算法的离轴反射光学系统设计方法,即采用量子遗传算法结合像差理论得到高像质的初始光学系统结构,再对其离轴化处理并引入自由曲面,进而设计得到自由曲面离轴反射光学系统。该方法可以方便、快捷地为自由曲面离轴反射光学系统提供像质良好、特定布局的初始结构。以离轴三反系统为例,采用该方法设计了一套工作在可见光波段、视场大小为10°×4°、F数为2的主三镜一体化的自由曲面离轴三反系统。仿真结果表明,该离轴三反系统视场较大、结构紧凑、成像质量良好,其最大RMS波像差为0.0485 λ (λ=0.6328 μm),全视场的调制传递函数（MTF）在50 lp/mm处大于0.9,且一体化集成结构有利于简化系统的对准及装调。     

Dielectric lens shaping and coma-correction zoning, part I: Analysis

Shaping techniques are applied to the design of dielectric lens antennas. By shaping the lens to serve as an optical transformer for aperture distribution control, many special antenna patterns can be achieved. For multiple beam applications, the cubic phase error for off-axis beams can be significantly reduced by a unique method of coma-correction zoning. Such shaped lenses are excellent candidates for low-cost, lightweight and high-performance antennas for extremely high frequency (EHF) systems. In this communication, the design principles and numerical techniques are given. Examples with parametric trade-offs are also discussed.     

基于地球椭球的离轴式双线阵相机像移补偿

离轴反射式双线阵立体测绘相机的视轴和光轴分离,由于地球为椭球体,视轴和光轴对应的地物点的距离随星下点与升交点的地心角而变化。而成像传感器与光轴垂直,对视轴对应的地物点成像,这些因素导致离轴反射式双线阵立体测绘相机的像移速度和偏流角随离轴角等变化。在对离轴反射式空间相机的成像原理进行分析的基础上建立其等效简化模型,推导了基于地球椭球的离轴反射式双线阵立体测绘相机的像移速度和偏流角计算公式。并以某离轴反射式双线阵立体测绘相机为例,对正视相机和后视相机统一调整行周期与偏流角对成像质量的影响进行分析。分析结果表明,以调制传递函数下降不超过5%为约束,当积分级数大于4 时应分别调整正视相机和后视相机的行周期。统一调整偏流角时应以正视相机和后视相机偏流角的均值为准,积分级数应取89 以内。     

Coupling Characteristics Between Single-Mode Fiber and Square Law Medium

The coupling characteristics between a single-mode fiber and a square law medium are theoretically and experimentally discussed in order to obtain the optimum coupling design for a variety of single-mode fiber optical devices using square law media. In theoretically analyzing coupling efficiency, it has been possible to evaluate a Gaussian beam, in a dielectric, which has passed through a square law medium with the help of mode-expansion technique and one of the generating functions of the Hermite polynomials. As a result, it has been possible to analytically obtain coupling efficiency even when the output beam from the single-mode fiber is off-axis and tilted. Through this analysis, it has been made clear that the ray matrix analysis used previously agrees with the analysis without the off-axis and tilt factors analyzed in this paper. The experimental results concerning the optimum coupling design, the off-axis characteristics, and the off-axis tolerances have been presented and agree well with the theoretical analysis.