轴向梯度折射率材料用于激光束聚焦镜设计

研究了轴向梯度折射率透镜的设计方法,总结了轴向梯度折射率镜头的像差理论,简述它在光学设计软件中的使用。最后把轴向梯度折射率材料用于激光束的聚焦设计。对扩束后φ12mm,波长1．06μm的激光束,分别设计了单片的普通球面透镜、单片非球面透镜和单片轴向梯度折射率透镜对其进行聚焦。从设计结果来看,轴向梯度折射率透镜像差接近衍射极限,明显好于其他两种透镜。在理想焦点上,三种透镜聚焦的RMS分别为191.75μm,17.69μm和2.42μm。     

大直径大折射率差轴向梯度折射率玻璃

采用一般商用铅 硅酸盐系列玻璃,按折射率分布从低到高排列成多层堆片,在650～800℃下进行熔融/扩散,形成一种大直径(40mm×40mm×0.5mm)、大轴向梯度折射率(Δn≈±0.4)线性剖面分布的玻璃板。这种材料对光学设计提供了校正像差的附加自由度。     

三组联动长波连续变焦红外光学系统

介绍了一种采用机械补偿三组元联动结构形式设计的紧凑型长波红外连续变焦光学系统。针对阵列规模1024×768,像元尺寸12μm的非制冷长波红外探测器,设计了焦距25～150mm,F1.4的长波红外连续变焦光学镜头,其光学总长155mm,结构长度132.7mm,在-40～+60℃温度范围内采用系统内调焦镜组进行补偿,适用于小型化的吊舱、手持型红外设备以及类似场景下的应用。     

“日盲”紫外电晕检测变焦光学系统设计

基于电晕检测过程中要求紫外光学系统大视场搜索、小视场探测的需求,针对工作波长范围为0.24~0.28μm的日盲区紫外波段,设计了"日盲"紫外机械补偿变焦光学系统。根据用户要求,其焦距为30~60 mm,F数为3.5,选用PIXIS型1024BUV 1 inch(1 inch=2.54 cm)紫外CCD,像元尺寸为13μm×13μm,对应视场为8°~16°。系统由8片透镜组成,引入两个非球面,使系统具有结构简单、成本低等优点。像质评价表明,在截止频率38 lp/mm处,各视场的光学调制传递函数均在0.7以上,接近衍射极限,畸变小于3%,在整个变焦范围内像质优良,满足用户总体设计的要求。     

基于激光选区熔化的低畸变F-theta场镜设计

设计了一款适用于激光选区熔化的F-theta镜头,该系统由三片透镜组成,且透镜选用红外波段常用的ZnSe材料,镜头总长约89 mm,成型面积为260 mm×260 mm,结构紧凑,制作简单,成本低。聚焦性能好,所有视场下像面的光斑大小均达到衍射极限25 μm以下、90%能量集中于50 μm的光斑内、相对线性畸变小于0.05%,满足本设计中用于激光选区熔化零件成型的高精度要求。     

折衍混合大相对孔径红外物镜设计

本文设计了焦距50mm,波段为8～12 μm,F数达0.8,全视场10°的适用于非制冷焦平面阵列探测器的红外物镜.分别设计了四片全折射式和三片折衍混合式两种镜头.从两个镜头来看,折衍混合式不仅在体积上小于全折射系统,同时在成像质量和色差上(从10.1μm降至0.8μm)也优于全折射系统.     

固态体积式真三维显示器高速投影镜头设计

介绍了固态体积式真三维立体显示的原理及组成部分,主要部分包括高速投影镜头和多平面光学元件。分析了其中高速投影镜头所需达到的参数要求,即过投影镜头中心光线的最大张角不超过14.5°。采用与照相物镜类似的方法设计该镜头,选用具有较大相对孔径的双高斯物镜作为基本类型,确定半部系统的参数,根据对称关系得到全系统。最后采用ZEMAX软件设计出适合项目要求的高速投影镜头。像差分析表明,全视场内最大垂轴像差为63.5μm,最大横向色差小于2μm,最大畸变为2.4%。全视场范围内调制传递函数大于0.2的截止频率超过50lp/mm,能满足1024×768的分辨率要求。     

采用液晶透镜校正电润湿液体透镜调焦系统的单色像差

为解决电润湿液体透镜调焦系统的单色像差随调焦过程中发生较大改变的问题,提出利用梯度折射率分布可调的液晶透镜对系统单色像差进行校正的设计方案。在850nm波长下,采用液晶透镜对系统在无限远到200mm间6种典型物距下的单色像进行校正。在系统像差最大的无限远物距下,边缘视场的点列图几何半径从44.696μm减小到7.423μm,其余视场下的弥散斑均减小到艾里斑以内,系统单色像差得到了较好的校正。为减少液晶透镜响应时间,将液晶透镜改为5个1/5盒厚的液晶透镜的叠层组合,大幅提高了响应速度。研究发现,此结构同样对系统在不同物距下的单色像差具有良好的校正作用。     

超大视场红外光学镜头设计

超大视场红外光学镜头在军事上主要用于对来袭目标进行告警,相比于常规红外光学系统,其设计具有许多不同的特点。结合实际工程应用,在投影方式、光学构型、像面照度、视场、无热化、评价方式等方面对超大视场红外光学系统设计的特点进行分析。给出了一个具体的设计实例,所用探测器采用1 024×1 024@15 μm制冷型中波红外探测器,光学系统工作波段3.7～4.95 μm,焦距9.6 mm,视场116°,仅采用4片透镜实现无热化设计,不含衍射面,工作温度覆盖范围?55～+70 ℃,镜头结构紧凑,总长度小于70 mm。像质评价结果表明:全视场单个像元角分辨率均匀性95%以上,单个像元能量集中度在75%以上,光学系统边缘视场照度为中心视场照度的90%以上。     

连续太赫兹反射式共焦扫描显微成像特性分析

太赫兹反射式共焦扫描显微成像系统分辨率较高且可呈现物体三维像,因此具有很大的应用价值。针对一种连续太赫兹反射式共焦扫描显微成像实验光路,在所确定的系统参数条件下,计算分析了两种太赫兹波长(118.83μm和184.31μm)的系统轴向响应特性。仿真结果表明,所设计的波长118.83μm的成像实验装置横向分辨率可达0.23 mm,轴向分辨率约为4.27 mm;波长184.31μm的系统横向分辨率可达0.36 mm,轴向分辨率约为6.63 mm。探测器轴向偏移影响大于横向偏移影响。