利用球差透镜获得超衍射极限聚焦

从ＨｕｙｇｅｎｓＦｒｅｓｎｅｌ衍射积分公式出发,得到了高斯光束经过球差透镜聚焦之后聚焦光场的光强分布的表示式。数值计算结果表明,当透镜存在负球差时,可获得超衍射极限聚焦,即得到的聚焦光斑比高斯光束经过无球差透镜聚焦而得到的聚焦光斑还小。并且,透镜的负球差系数越大,得到的聚焦光斑越小。相反,当高斯光束经过正球差透镜聚焦,得到的聚焦光斑比无球差时大。透镜的球差系数愈大,得到的聚焦光斑愈大。讨论了透镜的球差对轴上光强最大点（最佳聚焦点）的影响。     

离轴反射光学系统像差特性研究

以轴对称光学系统的初级矢量波像差理论为基础,通过引入孔径缩放因子和孔径偏移矢量,获得了离轴反射光学系统初级像差特性。通过分析可知:离轴反射光学系统的初级像差依然由球差、彗差、像散组成。由于孔径缩放因子存在,离轴反射光学系统的波像差系数均有不同比例的减小,且轴对称光学系统的高级孔径像差会在对应离轴光学系统中引入较低阶孔径像差,例如轴对称光学系统未校正球差,对应的离轴光学系统除过球差外还将引入彗差、像散等。相比于轴对称光学系统的像差,由于孔径偏移矢量的引入,离轴反射光学系统的像差不再关于中心视场旋转对称,有可能在轴外视场产生像差零点。     

成像光谱仪的离轴反射式光学系统设计

高分辨率成像光谱仪要求光学系统在宽视场和宽波段范围内具有高的空间分辨率和光谱分辨率。根据同轴三反光学系统初级像差理论计算初始结构,并分别将孔径光阑置于主镜、次镜和三镜焦点,通过光阑和视场离轴,设计了无中心遮拦的离轴反射式光学系统。其光谱范围为1.0~2.5 m,焦距f=1 600 mm,相对孔径为1/ 5,视场角为6.861.48,满足成像光谱仪宽视场、大相对孔径离轴三反消象散光学系统的设计指标。     

基于衍射理论的高斯像面球差的计算与分析

为了利用波动光学的衍射理论分析处理球差,采用先计算像点的光强分布再进一步分析处理球差的方法,对球差进行了理论分析和模拟。从基于点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推导得到高斯像面上仅有球差像点的光强分布的解析计算式,分析探讨了高斯像面上球差的衍射机理及其计算与校正。结果表明,这种方法能够更为精细地分析处理球差,有助于在光学设计中对球差进行像差平衡与校正、光学加工中对球差的检测与修正以及数码成像时对球差做电子校正等,有利于促进激光技术和微光学以及微光机电系统的发展。     

两镜系统扩速器的研究

本文比较了两镜系统扩束器的四种形式,通过分析得到了用于消球差。慧差和象散的双抛物面扩束器可取任意遮拦比或放大倍率的结论,同时给出了这种系统的畸变系数与遮拦比α之间的关系,并通过实际光线追迹,得到了场曲系数与主镜相对孔径和遮拦比之间的关系,分别说明了α为正和为负两种情况时的光路,及对应的无中心遮拦的离轴系统的情况。     

用平凸透镜制作大口径光栅的像差分析

分析使用两个对称的单平凸透镜光路制作光栅并用MATLAB编写光线追迹程序分析了所制作的光栅的衍射波像差的特点,经计算得出在较小焦比D/F情况下其衍射波像差仅与两支光路点光源的调节偏差之差有关与单独的各个偏差无关;初级像差中球差很小几乎可忽略:彗差仅与垂轴调节偏差之差成线性关系;像散仅与轴向调节偏差之差成正比;且当平凸透镜的焦比D/F增大时,各像差项迅速增大.点光源调节偏差一致时的衍射波像差随着系统的焦比D/F增大而迅速增大,并分析了当透镜的焦比D/F一定时,透镜的焦距与所制作的光栅的空间频率对衍射波像差的影响.     

极端头端面倾斜的磁透镜场分布和象差的理论研究

高分辨本领电子光学仪器(例如电子显微镜)要求电子透镜具有严格的旋转对称性,但是实际的电子透镜存在着非旋转对称的缺陷,从而影响了仪器的质量。在这些缺陷中,极端头的端面倾斜目前还没有研究过。 本文计算和讨论了磁透镜极端头端面倾斜所引起的电子光学象差,作者应用数理方法(分离变数法)得到了端面倾斜情况下场分布的严格解析表达式;当倾斜为微扰时计算了非旋转对称象差以及它们与几何参量的关系;得出了高斯象平面上轴上象散圆斑大小;最后讨论了高斯轨迹的微扰及其象差图形。结果表明:轴上象散椭圆斑和端面倾斜角度正切的平方成正比,由此给出了极端头端面倾斜的加工容差。 本文所用方法与所得结果均适用于研究静电透镜。     

高斯光束经过球差环形透镜的聚焦

本文讨论高斯光束经过球差环形透镜的聚焦。推导并得到了聚焦光场轴上点的光强分布的表示式。并对其进行数值计算。数值计算结果表明,对于负球差的情况下,得到的光强的最大点位置（最佳聚焦点）相对于无球差情况,往透镜方向移动,即焦移增大;并且,最佳聚焦点的光强较无球差时大,当球差环形透镜的中心拦截比ε取一定值时,得到的轴上点光强最大值远大于无球差时的光强最大值。此外,当透镜具有正球差时,聚焦光场的光强最大点（     

超大空域凝视光学系统的光阑像差

鱼眼透镜和超广角镜头具有很严重的光阑球差、光阑彗差。本文主题是：如何简捷计算其光阑球差以准确描述轴外物点成像光束的位置和结构以及如何利用光同阑彗差造成有效的像差渐晕以改善像面照度分布；文章提出用截断级数和微分方法解算光阑球差近似值，用诱导迭代方法人为扩大光阑彗差以增强像差渐晕效应，并达到了预期目的。     

校正会聚光束中布儒斯特角窗口的象差:一种简易方法

Wood等人最近的一篇文章叙述了在会聚激光束中使用布儒斯特角窗口的结果.正如报导的那样,因倾斜平板而引入了球差、彗差及象散,结果导致了比衍射极限所限制的焦点更大的焦点尺寸.图1示出了输出会聚激光束中一种典型的布儒斯特角窗口.Doherty的文章描述了校正会聚光中分束器象差的一种简易方法.     

资料简介索引

本文介绍一种由三反射镜组成的激光扩束器,其中一面是非球面反射镜,从而修正了球差、彗差、象散和泊兹瓦耳曲率,而且在定中心方式中也可用此面反射镜。新激光扩束器的扩束倍数一般为4倍、8倍两种。     

照明物镜数值孔径对微孔衍射波前质量影响分析

通过微孔衍射产生高质量的球面波是进行夏克-哈特曼波前传感器(SHWS)高精度标定的关键。采用时域有限差分(FDTD)法,进行了193 nm准分子激光照明下有限厚度有限电导率微孔的衍射仿真计算,分析了照明物镜数值孔径(NA)对微孔衍射波前质量的影响,确定了满足SHWS高精度标定所需微孔直径和照明物镜NA的大小。分析计算得出,采用直径为200 nm的微孔及NA为0.6~0.75的照明物镜时,衍射波前均方根(RMS)偏差为3.50×10-3λ,强度均匀性为0.10,微孔透射率约为0.15,满足SHWS进行纳米精度波像差检测对参考球面波质量的要求。     

调制传递函数在光学相机支撑设计中的应用

为指导遥感相机主次镜支撑桁架的设计,以满足整系统调制传递函数(MTF)为目标,分析系统各环节MTF对整机的影响,确定以光学衍射限传递函数为约束设计系统主体支撑结构。由在轨产品的实测MTF及装调、电子学的传递函数因子推出杆支撑条件下的光学衍射限传递函数最小值,指出光学软件不能全面评价遮拦对光学衍射限传递函数的影响,确定以光瞳函数计算不同遮拦时光学系统衍射限传递函数,得出三杆时杆直径最大为38mm,四杆时杆直径最大为26mm的遮拦分布。通过有限元计算两种结构布局下杆不同壁厚的系统静载变形及模态频率,认为直径26mm、壁厚4mm的四杆结构,支撑结构质量从现有40kg减至4kg,静载变形水平放置25μm、竖直放置0.85μm,系统基频98.9Hz,一阶扭转频率183Hz,满足卫星载荷设计要求。     

动态激光散斑用于透镜轴向象差的测量

在高斯光束照明下，根据在平面内匀速运动的散射体经光学系统在观察面内产生的动态散斑的复振幅和强度起伏的空－时互相关函数，给出了散斑纯沸腾状态的位置，这位置恰好是点光源经过透镜的成象位置，由此提出了一种测量透镜球差、象散和场曲的新方法，并与其它方法作了比较。     

光学ABCD定理的普适性、物理意义和它的应用

本文推广了几何光学近轴光线传输的ABCD定理，使之适用于远离光轴的空间光线的传输，无论光学系统是旋转对称的还是非旋转对称的。又注意到经典力学中的粒子运动也存在类似的ABCD定理。进一步研究发现在这宏观的定理背后的物理含义，即允许存在另一个更为普遍的规律“测不准关系”的可能性。此外应用推广的ABCD定理，可导出推广的含ABCD的衍射积分定理，用角程函的导数来表示。以此进行含初级(赛德耳)象差的衍射积分计算是方便的。文中给出含球差与含慧差的解析结果，及仅含球差时的数值计算。     

刻蚀衍射光栅像差特性分析

对作为波分复用关键器件之一的刻蚀衍射光栅(EDG)的像差特性提出了一种简单方便的计算方法,分析了像差对刻蚀衍射光栅频谱响应的影响.理论推导了基于基尔霍夫衍射、角谱衍射以及快速傅里叶变换等方法.最终证明彗差会造成谱形失称,明显降低耦合效率;而球差则会明显地增加串扰.并指出当像差存在时通过输出端加ta per结构,并不能显著改善器件的串扰特性.     

Bessel光束通过含光阑的球差分数傅里叶变换系统的传输

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,以LohmannⅠ型光学系统为例,推导出Bessel光束通过含光阑的球差分数傅里叶变换系统后的场分布表达式,通过数值模拟计算了Bessel光束在理想分数傅里叶变换系统中的传输特性以及光阑和球差对光束传输的影响规律。研究表明:Bessel光束通过分数傅里叶变换系统后不再保持其传输不变性;系统只含光阑时,可在常规傅里叶变换面上获得空心光束;系统同时存在光阑和球差时,正球差下输出面可获得聚焦性更好、中心光强更强的光束;光阑较小时,轴上光强分布主要受光阑影响,光阑达到一定数值后,轴上光强分布主要受球差影响。     

刻蚀衍射光栅像差特性分析

对作为波分复用关键器件之一的刻蚀衍射光栅(EDG)的像差特性提出了一种简单方便的计算方法,分析了像差对刻蚀衍射光栅频谱响应的影响.理论推导了基于基尔霍夫衍射、角谱衍射以及快速傅里叶变换等方法.最终证明彗差会造成谱形失称,明显降低耦合效率;而球差则会明显地增加串扰.并指出当像差存在时通过输出端加taper结构,并不能显著改善器件的串扰特性.     

折反射式大入瞳星敏感器光学系统设计

为了提高可探测极限星等能力,观测到更多较暗较远恒星作为深空探测飞船导航定姿的参考星,设计了采用改进的卡塞格林结构与三片球面补偿镜组相结合的折反式星敏感器光学系统。其中,改进的卡塞格林结构有利于轴外消球差及彗差,同时生成系统焦距及大尺寸入瞳;靠近像面的补偿镜组校正反射结构的残余像差,同时补偿镜组像方远心的设计保证了系统全视场照度的均匀性,也降低了系统离焦对像面安装的敏感性。本系统焦距180mm,像方F数2,全视场2ω为3°×3°,有效入瞳面积5106mm2,在450~800nm的宽光谱范围内质心偏差优于2.5μm、垂轴色差小于3.5μm,80%弥散斑能量集中在3×3pixel内,传递函数接近衍射极限。采用主次反射镜遮光罩及两级外镜筒遮光设计,并在Lighttools软件中对光机系统杂散光模拟分析,设计结果表明在2°~40°杂光源成像视场范围内,点源透过率在10-6~10-4量级,该系统设计方案及结果可为用于深空任务的星敏感器系统的参考依据。     

激光自动跟踪光电光学系统的设计

本文首先讨论了光电光学接收系统的作用,主要光学性能参数,自动跟踪对光学系统的要求,光电光学系统的设计步骤,以及其评价问题。然后结合激光制导一个应用实例,介绍了采用四象限硅光电管为接收元件的自动跟踪原理,导引头对光学接收系统的要求,整体结构设计和象差设计。比较了三十多种结构方案。利用国产TQ-16电子计算机通过一万七千多条近轴、边缘、子午、孤矢和空间光线的追迹,计算了各种情况下的球差、慧差、象散、场曲、畸变和横向象差及点列图(弥散斑)。累计二十多小时,对