基于ZEMAX的二维变焦扩束光学系统设计

针对板条激光器出射光束的尺寸控制问题,设计了一个在X方向扩束倍率为14~20×,Y方向扩束倍率为1.25~1.55×的二维连续变焦扩束光学系统。通过对三组元变焦系统的分析,在理论上推导出固定组、变倍组以及补偿组之间的运动轨迹。利用ZEMAX对理论值进行优化,使系统像差满足使用要求。该系统工作波长为1064 nm,可将尺寸在一定范围内的出射光束扩束整形至35~40 mm。该系统具有结构简单、变焦行程短以及变焦曲线平滑等优点。     

非球面变焦扩束系统的设计

文章讨论了如何将二次旋转非球面透镜引入变焦扩束系统设计中,并给出了一个采用非球面透镜的变焦扩束系统的设计方案和参数。这个扩束系统的扩束比可在2．3－18之间连续改变,最大角差小于03mard。与采用球面透镜的扩束系统相比,非球面透镜的采用不仅可以简化系统的结构,而且可以取得更大的变焦范围,并使输出光束的质量有较大提高。     

高功率激光发射系统的一级扩束设计

针对高功率激光发射系统对一级扩束的要求(即光束质量和扩束倍率都得到较好的保证),研究了高功率激光一级扩束系统。从激光扩束系统的类型、镜体基材选取等方面论述了高功率激光发射系统的一级扩束设计过程。首先,通过分析扩束系统类型,设计了离轴无焦卡塞格林扩束系统;然后,对高功率激光反射镜基底材料选取进行分析,确定了采用金属无氧铜作为镜体的基底材料;最后,对设计结果分别进行了定性和定量检测。结果表明,该一级扩束系统的波相差为0.538 λ(λ=0.6328 μm),该系统像质好,性能优良,是一种可以被广泛采用的强     

激光扩束望远镜的光学设计

介绍激光扩束原理,阐述望远镜系统扩展高斯光束的规律。通过分析不同激光扩束望远镜系统的特性,选用卡塞格林系统来实现强脉冲激光发射系统的设计要求,设计结果不仅满足准直性要求,并且在目标距离处的光斑大小具有一定的可调节性。     

高倍率及大孔径扩束器的光学系统设计

高倍率及大孔径扩束器要求筒长短、口径大、轴上和轴外的像差都要很好地校正 ,所以光学系统的设计是非常困难的。论述了高倍率及大孔径扩束器的光学系统设计方法 ,给出了物镜通光口径为 2 0 0mm ,焦距为 4 0 0mm ,视场为 2mrad ,放大倍率为 4 5倍的扩束器的光学系统结构参数和像质评价结果     

定向干扰跟踪平台的激光扩束系统设计

为了解决常规定向干扰系统结构复杂、尺寸过大、难以变倍等问题,本文设计了一种采用反射式离轴光机结构的激光扩束系统,并进一步对激光变倍扩束主、副反射镜组的光机结构进行了设计与分析。分析结果表明,主副镜组最大变形量均小于0.01 mm,扩束机构的基本振型频率为105.2 Hz,最大结构应力小于材料的屈服强度。通过测试,系统能够实现系统扩束比为1∶15.01、1∶19.96、1∶25.03,空间偏移量误差小于1 mrad,满足技术指标要求。     

双孔径红外变焦光学系统设计

为了解决红外变焦系统短焦部分冷反射严重的问题,提出了一种双孔径设计方法,设计了一种双孔径红外变焦光学系统。系统工作波段为中波3.7 ～4.8 m,焦距为30/150/300 mm,10变倍比,具有100%冷光阑效率。对双孔径系统的短焦部分和单孔径系统短焦部分的冷反射强度进行了对比分析,双孔径系统的冷反射得到有效控制。双孔径红外变焦光学系统具有像质好、变倍比大、短焦冷反射小、结构紧凑的特点,可使大变倍比的红外变焦光学系统在红外成像系统中得到广泛应用。     

扩束系统设计与分析

随着光电传感技术的快速发展,对于红外干扰技术的要求也越来越高,常规系统已经无法满足能量高度集中、隐蔽性好的新要求.基于此原因,提出了一种离轴双反射式激光干扰扩束系统的设计方案,并对系统主要部件包括离轴双反射式镜组、平面反射镜及固定支撑结构进行了详细的设计与分析.为了缩小系统尺寸,采用了一种新的平面反射镜支撑结构;为减小镜面变形,离轴双反射式镜组及平面反射镜均采用微应力固定设计.仿真实验结果显示,系统一阶固有频率为45.68 Hz,其固定支撑结构应力远小于材料屈服强度.测试结果表明,系统的两轴一致性误差小于等于0.3 mrad,并可以实现1:12.01的扩束比,满足设计指标要求.     

长波红外连续变焦光学系统设计

针对制冷型320×256焦平面阵列探测器,设计了一套用于机载光电探测设备的长波连续变焦红外光学系统。光学系统采用锗和硒化锌两种普通红外光学材料,通过引入非球面和衍射面很好地校正了系统的色差和轴外像差,使得系统整个连续变焦过程中16 lp／mm 处 MTF 均大于0．35。系统仅由6片镜子构成,工作波段为7．7～10．3μm,F 数为3,满足100％冷光阑效率,实现了50～400 mm 的连续变焦,变焦曲线光滑。像质评价结果表明该系统成像质量良好,结构紧凑。     

长波红外连续变焦光学系统的设计

红外探测具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强、能在一定程度上识别伪装目标的优点,在军事上被广泛应用于红外导航、红外侦察以及红外制导等方面。近年来,随着红外光学技术的长足发展,对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针对320×256凝视型焦平面阵列探测器,设计了长波红外连续变焦光学系统。其工作波长范围为8～12μm,F数为2.5,变倍比为10:1。并用光学设计软件CODE V进行了仿真计算和像质评价,系统在空间频率16 lp/mm处,全焦距范围内调制传递函数在0.35以上,接近衍射极限。设计结果表明,长波连续变焦红外光学系统具有变倍比大、分辨率高、体积小、像质好等特点,可应用于众多光电探测领域。     

长波红外连续变焦光学系统设计

针对320×240非制冷焦平面阵列探测器,设计了一个长波连续变焦光学系统,该系统采用机械补偿的方式,变焦过程中相对孔径不变,F数为1,系统变焦比为4:1,在一定焦距范围内可实现连续变焦,并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价,结果表明,在空间频率11 lp/mm处,全焦距范围内都具有较好的成像质量.     

红外中波连续变焦光学系统的设计

设计了红外连续变焦光学系统,该系统具有镜片少、透过率高、连续变焦倍率大、波段广、相对孔径大等突出特点.二元面和非球面的引入,使系统在不同变焦结构时14 lp/mm处的MTF均大于0.6,很好地校正了系统的色差和轴外像差.该系统在仅使用4片镜片的情况下,实现了8倍连续变焦,系统透过率高于80%.结果表明该变焦系统具有良好的成像质量.     

长波红外变焦光学系统设计

针对像元尺寸为17 μm×17 μm的 非致冷型640×480元探测器,基于补偿组兼顾调焦群作用的Varifocal 结构,仅用4片透镜就设计出了一种变倍比为6×的长波红外连续变焦光学 系统。针对低成本、高透波率的指标要求,通过理论计算得到了初始结 构,并用CodeV软件对其像差进行了优化,最后针对设计结果进行了 凸轮曲线求解和像质评价。结果表明,当 工作在8~12 μm波段时,在相对孔径1.4 : 1保持不变的条件下,该系统实 现了焦距从20 mm到120 mm的连续变焦,而且空间频率20 lp/mm处的调 制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值均大于0.5。通过样机实测发现,该系统 具有变倍比大、结构紧凑和分辨率高等特点,因而适用于红外监控设 备。     

基于Matlab的变焦光学系统设计

为了降低变焦距系统设计时对经验的过度依赖,提出用Matlab仿真分析来分配变焦系统各组元光焦度。以组元之间的间隔为初始量,把变倍组的物距作为自由量,通过计算公式求出满足间隔要求的光焦度分配和组元运动形式。并通过Matlab仿真,画出变焦过程中各组元移动轨迹,分析各组元偏角、视场角等因素对系统复杂程度的影响,合理分配各组的光焦度,最后制定出初始结构。对没有经验的设计者,是一种很好的方法。为了验证该方案的可行性,设计一个14×正组补偿型变焦系统,所设计系统优化后的光焦度分配值和计算的结果很接近。     

8～12 μm波段折/衍混合红外连续变焦光学系统

针对长波160×120元非制冷焦平面阵列探测器,设计了8～12 μm波段折,衍混合红外连续变焦光学系统.该系统采用机械补偿的变焦方式,变焦过程中相对孔径不变,F数为1.0,系统变焦比为4:1,在一定焦距范围内可实现连续变焦.变焦系统仅采用锗材料,通过引入衍射面和高次非球面校正系统色差和轴外像差,在空间频率14 lp/mm处,全焦距范围内MTF均在0.7以上,成像质量较好,可以连续变焦,并给出了变倍组和补偿组的变焦运动曲线.     

新型离轴三反射光学系统设计

对比反射系统中双反射系统和三反射系统各自的优缺点,提出一种新型的无遮拦两镜三反射光学系统。与现在常用的离轴三反射光学系统相比,该系统最大的优势是只用了两片非球面反射镜,减小了加工成本,降低了加工难度。分析了该种系统的具体设计步骤,设计了一个焦距为500 mm、视场为10.1、相对口径为F/5、系统筒长为125 mm的光学系统,像元尺寸选取10。由系统MTF曲线和点列图可以看出,成像质量接近衍射极限,可以为目前航天相机光学系统设计提供参考。     

1.064μm测风激光雷达扩束系统的设计

根据三级像差理论,提出了单片物镜与单片目镜的像差共轭的扩束器设计方法,设计了带有非球面的两片式扩束系统,从设计的结果看出,整个系统的像差被很好地校正.为解决1.064 μm不可见波长扩束系统发散角测试问题,提出了利用线列CCD和示波器结合检验光束发散角的方法,此检验方法简便,容易实现,检测精度高.     

单个椭球面扩束透镜的设计研究

为了设计单个椭球面缩束(扩束)透镜,采用全面学习策略的粒子群算法作为设计方法,依据光线折射定律矢量形式所表征的椭球面折射特性进行了理论分析,得到了用全面学习策略的粒子群优化算法设计单个椭球面缩束(扩束)透镜的适应度数据公式,设计出了线度小于170mm缩束14.16倍的单个椭球面缩束透镜,并用光线追迹方法模拟了缩束或扩束过程。结果表明,单个椭球面透镜可以起到缩束或者扩束作用,全面学习策略的粒子群算法可用于椭球面缩束透镜的设计。这一结果对于简化扩(缩)束系统结构、设计出适应于不同要求的单个扩(缩)束透镜是有帮助的。     

高隔离度激光通信终端光学系统设计

激光通信具有信息容量大、光学增益高、高度抗干扰和抗截获能力等突出优点,是解决高速通信问题的重要技术手段。根据激光通信中收发一体、双向双工工作模式对收发隔离度的要求,通过对不同光学结构隔离度仿真分析后,提出采用离轴三反光学天线降低后向散射从而实现高收发隔离度,在光学设计时,通过迭代优化控制光学表面上最小入射角,以及对光学表面精细加工工艺提出了明确的指标要求,最终实现了隔离度≥70 dB。仿真分析得出物方视场角5 mrad隔离度为73.7 dB,实测Φ150 mm离轴三反光学天线的隔离度可达73 dB,与仿真分析的结果一致,满足卫星激光通信系统捕跟和通信对光线天线隔离度的要求,可用于星间激光通信。     

小型化中波红外连续变焦光学系统设计

介绍了一种三组元联动机械补偿式小型化中波红外连续变焦光学系统。针对阵列规模640×512,像元尺寸15μm的中波制冷型红外探测器,设计了焦距20～275 mm, F数5.5的连续变焦光学系统,系统长度90.6 mm。具有变倍比大、结构紧凑、元件数量少的特点,适合应用于小型化的机载光电吊舱系统以及轻量手持红外望远系统中。