基于H-S波前传感器的正支共焦腔准直技术研究

采用H-S波前传感器对非稳腔进行了实验调腔技术研究,指出了正支共焦腔调腔的原则,以输出光束近场强度和相位分布这一双重依据作为谐振腔是否调好的标准.进行非稳腔调腔时,首先应当保证整个光路共光轴使输出强度分布均匀,但此时光束中可能还包含离焦等高阶像差,因此在腔外用Hartmann-Shack波前传感器进行光束相位测量,得到了35阶像差Zemike系数、波面PV和RMS值,进一步计算得到环围能量曲线等,从而可以全面了解输出光束质量并能有针对性地对光腔进行调整,达到较理想的光腔共轴状态.     

基于相位型空间光调制器的光束控制技术研究

非机械伺服控制的液晶空间光调制器（LCSLM ）通过控制加载在每个像素上的电压能够实时调制波前相位实现光束偏转,基于菲涅耳透镜模型和闪耀光栅模型验证了光束偏转控制能力,包括偏转距离、衍射效率与不同模型参数之间的关系,入射光波长为1550 nm时,x轴或y轴可实现的最大偏转角度为6.96°(±3.48°),光束能够在光轴方向与二维平面偏移。针对光束的高速灵敏、精准和大角度的扫描应用需求,提出了基于LCSLM的光波前相位调控算法,通过计算需要补偿的相位建立相位变换模型并满足光束控制流程,设计并构建了基于LCSLM的光束偏转及扫描实验系统,实验结果表明光场中任意位置的光斑可在接收视场360°范围内灵活偏移控制。该研究对于自由空间无线光通信、光束敏捷控制、非机械式光束的捕获瞄准跟踪等领域具有重要的应用价值。     

偏心椭圆高斯光束

在椭圆高斯光束横坐标中引入复数偏移量,将其推广为偏心椭圆高斯光束。在垂直于ｚ轴截面内强度分布仍然是椭圆高斯函数分布,在传播方向上光束峰值强度沿直线分布,波前也存在横向位移。对偏心椭圆高斯光束经一阶光学系统的变换关系进行了定量推导。对传播方向偏离ｚ轴的椭圆高斯光束经薄透镜传播时的特例进行了讨论。     

双曲正弦平方-高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输

基于光束在单轴晶体中的傍轴矢量传输理论,对双曲正弦平方-高斯光束在单轴各向异性晶体中垂直于光轴的传输做了研究,得到了一般的解析传输公式,并用数值计算方法分析了该光束的传输特性。研究表明:由于晶体的各向异性,其原来的偏振特性将不再保持,仅沿x方向偏振的初始场分量衍生出y分量;随着传输距离的增加,非寻常光沿x轴和z轴的偏振场慢变振幅均减小,光强峰值也随之减小。此外,双曲正弦平方-高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴传输时,光束参数β取值不同,光强呈现不同的分布状态。     

基于石墨烯太赫兹超表面的特殊波束动态调控

现有的大多数特殊波束(聚焦波束、艾里光束等)超表面通常采用金属结构单元,通过改变单元结构的尺寸和旋转角度等方式进行单一的波前调控,但对动态调谐波前的特殊波束超表面的研究很少。本文突破传统结构的壁垒,利用石墨烯独特的电可调性,构造出利用石墨烯费米能级动态调控波前的特殊波束超表面,可在动态调控波前上实现更灵活的自由性,满足更多、更复杂的相位需求。通过调控石墨烯费米能级获得不同的相位分布,动态调控焦点的空间位置、聚焦开关与焦点个数之间的切换以及影响艾里光束的参数等。所提出的动态调控波前特殊波束超表面可为太赫兹在高分辨成像、聚焦可调平面透镜、光学显微操作、激光微加工、光学子弹成型等方面的应用提供参考。     

虚共焦非稳腔腔内失调因素分析及实验研究

在腔内失调理论分析基础上,采用Hartmann?蛳Shack波前传感器实验研究了无源正支共焦非稳腔失调后输出光束像差特性,结果表明,腔内倾斜像差对光束强度分布有显著的影响,但小的腔内倾斜扰动不会使输出光束的相位分布中的高阶像差发生变化。当腔镜垂轴移动偏离光轴时,可能引起某些Zernike高阶像差,如彗差和像散的增大,但首先带来的是Zernike倾斜像差,类似于引入腔内倾斜扰动时的结果。因此在做腔内像差自适应校正时,应首先考虑腔内倾斜像差的校正。该方法为腔内像差特性的研究和像差校正提供了一定参考。     

环状平顶光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输特性

基于光束在各向异性介质中的傍轴矢量传输理论,对环状平顶光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输作了研究,导出了偏振场的慢变振幅表达式,并通过数值计算分析了光束的传输特性。结果表明,环状平顶光束在单轴晶体中垂直于光轴传输时,晶体的各向异性对其光强分布有较大影响,在正单轴晶体远场处ne/no值越大,光强越小,光束在xy平面内扩散越小;在负单轴晶体中传输性质则相反;随传输距离z的增加,中心光强逐渐加强,光强分布不再保持原来暗中空分布的特性。     

GaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器垂直于结方向上的光束质量研究

用转移矩阵方法对 680nmGaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器的波导模式作了分析和计算。根据非傍轴光束传输的矢量矩理论 ,对该激光器垂直于结平面方向上的光束质量因子M2 ⊥ 进行了理论计算 ,结果表明M2 ⊥ 小于 1,和实验结果相符合。这一结果有助于认识半导体激光器垂直于结方向上光束的内在本性     

合成似狭缝三维漫射体一步彩虹全息术

二维透射物体似狭缝一步彩虹全息术已由Grover等人提出,San等人实现了三维漫射体似狭缝一步彩虹全息术,按他们的方法,物体必须在(y_0,z_0)平面内平移,且平移的方向必须垂直于物体的照明光束与光轴夹     

会聚高斯光束光轴上的光场强度分布

根据惠更斯一菲涅耳原理，推导出会聚病折光束经圆形孔径衍射后光轴上的场分布及强度分布表达式。讨论了轴上点光强最大值相对会聚高斯光束束腰的偏移量同衍射孔径及高斯光束参数的关系。     

基于自准直原理的小视场镜头波像差测试系统

为实现对小视场光学镜头波像差的快速、高精度检测,将自准直原理与斐索型激光球面干涉仪检测波像差原理结合起来,提出一种基于自准直原理的光学镜头波像差检测系统。介绍了斐索型激光球面干涉仪检测波像差的工作原理,并详细论述了基于自准直原理的波像差检测系统的装调及检测方法。结合自准直光路的特点,实现对干涉仪光轴、被测光学镜头光轴以及高精度平面反射镜光轴的精确定轴,从而实现了系统光路的快速装调。实验证明,此系统可有效解决小视场光学镜头在波像差检测过程中的光轴偏斜问题,实现小视场光学镜头波像差快速、准确的检测。     

新型高精度空间折转光管的设计方法

星模惯测组合装置在标调过程中,要求测量星模拟器出射光束与惯组棱镜反射光束的方位夹角,两光束不仅方向相反且存在空间平移,为了实现单台经纬仪对该角度的测量,该系统中需要加入特定的折转光管.提出了一种新型的空间转折光管的设计方法,能够实现光路的180折转和垂直于星模拟器光轴的平面内的二维平移,设计中采用了直角屋脊棱镜与斜方棱镜,很好地消除了安装误差;为了消除由于棱镜加工误差带来的折转光管传递偏差,设计中加入双光楔结构.折转光管的光路通过双光楔机构可以发生一定的偏转,该偏转可以抵消折转光管各个部分带来的传递偏差.实验结果表明,该设计方法可以很好的实现光路折转地要求,同时在保证折转光管的传递精度的基础上,降低了整个光管的加工成本.     

四瓣高斯光束经过偏心圆孔限制的矢量非傍轴传输

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,建立了非傍轴条件下四瓣高斯光束经过偏心圆孔光阑在自由空间传输的矢量场模型。选取倾斜光轴作为参考光轴,借助于硬边圆孔的复高斯级数分解,得到了近场模型下衍射场分布的矢量解析式。通过数值计算和模拟,详细讨论了f参数、光束阶次、衍射孔位置和截断参数对像场分布的影响,包括衍射场主瓣强度的位置和光束宽度。这些结论有助于更好地理解四瓣高斯光束在离轴非对称光学系统中的传输特性。     

基于S波片和双延迟器的矢量光场偏振调控方法

基于S波片和双延迟器的偏振特性,提出了一种矢量光场的生成及偏振调控方法,该方法能够将标量高斯光束转换为偏振态分布可调谐的矢量光束。结合Stokes-Mueller矩阵算法,建立了矢量光场偏振调控的数学模型,并仿真计算出标量高斯光束经过S波片和双延迟器（包括双1/4波片和双1/2波片两种情况）后的偏振态空间分布。讨论了双延迟器相对旋转时光场偏振分布的演化规律及机理,实验结果与数值仿真结果相互吻合,表明该方法可以实现对标量相干光场的复杂偏振调控,验证了理论分析的正确性和该方法的可行性。     

高斯光束经圆波片后的衍射

模拟腔外式新光束激光器并基于线性衍射理论得到经各种圆波片衍射后,其光轴上的光强分布。发现加带位相差的圆波片衍射后,轴上光强可在很宽的范围内得到加强,但其无穷远处的发散角将增大。     

束转动90°环形非稳腔抗系统失调性能研究

提出了将束转动90°环形非稳腔(UR90)应用于片状陶瓷激光器的设计,将光束绕光轴旋转对波前进行平均化的思想用于改善固体激光谐振腔失调、增益不均匀、泵浦不均匀等问题.针对该设计模型,采用快速傅里叶变换方法,从镜面倾斜角度出发,计算了不均匀失调因素对输出光束光强、相位分布的影响.与常规环形非稳腔计算结果相比,UR90固体...     

基于超表面的宽波带光束聚焦研究

超颖表面是一种基于亚波长结构的光学平板膜层,可在亚波长传输范围内调控入射光束的相位、振幅和偏振。为了代替传统的曲面光学元件,采用传输相位调控理论和广义折反射定律,设计了一种新型的超颖表面,并进行了程序模拟,取得了此亚波长结构对光束聚焦调控的数据。结果表明,当增加超颖表面的椭圆基元的长短轴长度时,材料的等效折射率增加,并且适用的波长范围增加到0.7μm~1.2μm;通过优化超表面结构参量,可实现在宽波带范围内的相位调控,进而获得聚焦光场的优化,在一定程度上可以代替传统光学元件实现光学聚焦。该研究结果在超分辨率成像及光刻等方面有一定参考价值,在一些特殊的需要亚波长结构调控光束的情况下可以使光路简单化,并且比传统的光学元件有着厚度方面的优势。     

实现大范围均匀照明的LED透镜二次光学设计

提出了一种新的、利于实施计算的实现大范围均匀照明的LED灯具透镜设计方法。基于能量守恒定理和光线折射Snell定理,通过Matlab编程计算出自由曲面透镜坐标点。借助CAD软件和光学模拟软件Tracepro,模拟了自由曲面透镜的具体应用,在光源高为3m,接收面直径为10m的圆形照明区域,得到了均匀度达80%以上的照度分布,该设计可以应用在商场、工厂等室内照明灯具上。     

可实现非对称照明的自由曲面光学系统设计

基于最优传输理论的光线映射方法,针对非对称的照明的光学系统设计需求,以光源到辐照面距离为20mm,在范围50mm×50mm范围内实现字母“JL”为目标,计算了面向零扩展度光源自由曲面光学系统初始参数,在此基础上利用LightTools软件优化设计并仿真分析了面向零扩展度光源和扩展光源的自由曲面光学系统,结果表明:面向零扩展度光源时,自由曲面直径为8652mm,光源与自由曲面距离为34mm,在辐照面上可以实现字母“JL”的照度分布调控;面向直径为10mm的扩展光源时,自由曲面直径为43516mm,光源与自由曲面距离为242mm时,在辐照面上可以实现字母“JL”的照度分布调控,说明所设计系统可以实现非对称照明分布调控,有效的提高了自由曲面光学系统的设计效率。     

一种共光路自动对准系统

强激光发射装置和光电跟踪系统中,光学器件多,光路复杂,光学机械零件位置的相对移动会使光轴平行度偏离,为此提出一种共光路自动对准系统.基于对准原理,利用激光发射光路,建立上、下行基准光束,使之分别与系统轴系、出射激光平行,并且通过自准直CCD测角仪测出上、下行光路的角偏差值,控制信号驱动快速控制反射镜,使快速控制反射镜两轴转动到角偏差为零值,实现发射激光与一级扩束系统对准及一级扩束系统与跟瞄系统之间的精密自动对准.实验结果表明,对准后的光轴平行度为5.21",快速控制反射镜的闭环精度不大于5".