大口径拼接压缩光栅波像差研究

为了研究大口径拼接压缩光栅的固定像差和随机像差对光学拼接的影响,采用数值模拟的方法,理论分析了参考光栅的衍射光斑特性。在有效判据的基础上,得到了光栅的拼接精度。结果表明,当拼接子光栅的波像差为1.0λ时,其最大拼缝偏差约为0.26个光栅周期,采取人工干预后,最大拼缝偏差增加到0.42个光栅周期。与此同时,最大角度偏差约为0.71μrad,两种特性参量均比无像差时的拼接要求大幅度降低。这一结果对高能量皮秒激光装置的改进有一定的积极意义。     

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.     

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.     

球差在平场全息凹面光栅设计中的作用

基于平场全息凹面光栅几何像差理论,分析了初级像差与高阶像差特别是球差对平场全息凹面光栅成像的作用。通过一个具体的设计,分别讨论宽波段光栅和窄波段光栅设计中校正球差与否对设计结果的影响。通过对光谱像大小和各种像差系数大小进行对比分析得出以下结论:宽波段平场全息凹面光栅像差较大,决定光谱像大小的主要是初级像差,球差的影响难以显现,在进行光栅设计时可以不考虑球差;窄波段光栅的离焦像差较小,球差的影响开始变得显著,此时在设计过程中考虑球差的校正能够进一步改善光栅的成像质量。     

大口径光学系统综合像差外场检测的方法

分析了大口径光学系统的结构特点,介绍了在外场应用中产生综合像差的主要原因和像差特征,对常规测试手段的不足进行了描述,提出了以一定距离处的点源激光作为探测光、以哈特曼探测其波前畸变的测量方法,着重描述了测试过程和数据处理方法,最后通过实验验证了方法的可行性。结果表明该方法简单可行,适合外场检测和评价光学系统综合像差,并可为大口径光学系统现场安装提供技术指导。     

拼接压缩光栅波像差理论研究

为了研究波像差对拼接的影响,采用模拟计算的方法对两对存在像差的子光栅的远场光斑特性参量进行了理论计算,在一定评价判据的基础上,得到了光栅的拼接精度。结果表明,当拼接子光栅的波像差为0.5的慧差时,其最大拼缝偏差约为0.42个光栅周期,最大角度偏差约为0.52rad,均比无像差时的拼接要求有所降低,这一结果对制作大口径拼接压缩光栅是有帮助的。     

低成本大曲率半径平凸透镜圆度误差测量

为了将ISO10110-5的面形公差的评价指标引入光学零件的面形偏差检测中,以大曲率半径平凸透镜为例,提出了一种基于等厚干涉原理测量透镜表面圆度误差的新方法。该方法通过把待测平凸透镜与光学平晶组合成牛顿环仪,利用读数显微镜目镜十字叉丝对待测平凸透镜进行可视化定位,并结合双测微螺旋装置读数新方法测量圆环干涉条纹上各等分点相对起始点半径方向上的变化量,从而获得平凸透镜表面所测横截面上采用最小二乘法评定的圆度误差值。实验结果表明：相对不确定度约为6.5%;光学定位方法能够有效减少偏心误差;新读数方法打破了传统读数显微镜为消除空程差,显微镜镜筒只能单向移动的局限性。该测量系统无需专用测量仪器,具有简单、实用、成本低、非接触和应用范围广等优点。     

大口径大视场的机载共形光窗像差校正设计

为解决在大口径大视场系统中共形光窗引入的复杂像差难以校正的问题,提出了一种应用于机载光学系统设计的新方法。该方法采用光窗内表面和离散型反射镜进行像差校正,通过分口径优化的策略平衡像差,并给出与离散式反射镜匹配的控制算法解决子口径间波面不一致问题,具有自由度高、结构简单等优点。仿真实验验证该方法可以在120 mm口径和0°～30°扫描角度下,将中心视场的波前像差RMS由0.62λ校正至0.06λ(λ=950 nm)。研究表明,离散型反射镜在动态像差补偿方面具有良好的性能,该校正方法在共形光学系统设计中具有广阔的应用潜力。     

电磁复合场三级几何像差方程的修正与像差系数

本文基于作者提出的“函数逼近的数值迭代概念”，修正了电磁复合场中电子成像系统的三级几何像差方程式，给出了具有更高精度的像差计算公式和用集中参数形式描述的像差系数表达式，为像差的数值计算和电子光学系统的计算机优化设计提供了实用的理论依据。     

米级光栅全息曝光拼接系统像差分析

全息曝光系统像差对光栅拼接精度及其远场衍射光斑能量分布有直接影响。根据全息曝光拼接方案提出了一种拼接光栅像差分析方法。模拟了全息曝光波面随机初级像差,利用500个曝光波面进行了光栅拼接统计,得到了米量级三拼光栅记录波像差和拼接精度,通过统计分析得到理想拼接情况下拼接引入的像差成份不到整体波面像差的10％。考虑到光栅衍射波像差包括记录像差和光栅基片面形,计算了不同拼接精度情况下一级衍射波面及远场衍射光强分布,对衍射波面PV值、远场光能量比和斯特列而比进行了统计分析,得到了拼接误差与衍射波面及远场光斑之间的关系。在拼缝误差为0．1λ以内时,远场光斑能量集中度和斯特列尔比的变化量可分别控制在5％以内。本文为米量级全息拼接光栅制造提供了理论支撑。     

Wavefront curvature sensor with phase defocus grating

The proposed optimum phase defocus grating for wavefront curvature sensing features an equidistantly quantized two-phase-step and a phase step height of π. The optimum phase defocus grating suppresses the influence of zero-order diffraction. The high diffractive efficiencies of the ±1 diffraction orders are verified experimentally, showing average values of 38.08% and 40.36% respectively. The phase plate introduces the wavefront deformation, which are measured by wavefront curvature sensing and reconstructed via the Green's Function algorithm. The reconstructed wavefront is compared with the measurement result of a Veeco interferometer. It is verified that the measurement of the self-designed curvature sensor is correct. The error percent of peak-valley value (PV) is 10%, and the error percent of root mean square (RMS) is 2%.     

凸球面矩型槽光栅的衍射特性

本文在用耦合波理论研究平面光栅的基础上,提出了分析和解决凸球面光栅衍射效率问题的方法,并从中得出一些有意义的结论：在凸球面光栅的口径半径比较小时,求解其衍射效率可以转化为平面光栅问题来处理。     

用单透镜变换由多模光纤出射的大功率Nd：YAG激光束的特性

根据理论假设，通过选取单透镜的参数和位置，计算说明了单透镜使经由多模光纤出射的大功率Ｎｄ：ＹＡＧ激光束的发射角压缩，光束聚焦效率提高，光束截面场为高斯分布；文中的计算结果符合已知规律，从而说明了理论假设的正确性。     

光束波前畸变的模拟及其相位梯度分析

大口径光学元件的表面制造误差会使透射或反射波前产生畸变,这是天文光学系统以及ICF激光系统关心的问题.文章使用了一个随机相位屏来模拟光学制造误差导致的光束波前畸变,并利用波前相位梯度这个参数来对波前畸变进行定量化分析.介绍了波前相位梯度的定义和算法,通过数值计算得到了一维和二维波前畸变的梯度分析结果,并对不同畸变情况的模拟结果进行了比较.     

人眼波前像差及准分子激光手术矫正的研究

波前像差严重影响了人眼正常的视觉质量,引入Hartm ann-Shack波前传感器可有效地测量人眼的各阶像差,结合自适应光学中Zern ike多项式重建波前的理论。建立人眼波前像差和角膜切削量模型的关系模型,利用准分子激光发射的激光脉冲去除定量的角膜组织,从而改善人眼视觉质量。应用表明,人眼像差测量和由像差引导的准分子激光手术矫正具有明显的临床医学价值。     

夏克-哈特曼传感器任意形状孔径波前的模式重构及Zernike多项式描述

根据高等代数内积和欧氏空间的概念及线性无关向量正交化方法 ,提出了在任意形状区域上 ,利用Zernike多项式在给定区域的正交化方法 ,通过线性变换生成一组新的正交多项式 ,实现在任意区域哈特曼 夏克波前传感器的相位模式重构的方法 ,并通过线性反变换 ,实现任意区域的波前相位的Zernike多项式表示。     

自适应光学系统中的波前曲率传感技术

本文阐述了波前曲率传感技术的基本原理,分析了传统实现方案的优缺点;重点介绍了近年发展起来的的基于衍射光栅的渡前曲率传感器及其工作原理;对比分析了波前曲率传感器的两种相位恢复算法;介绍了波前曲率传感器的最新应用情况以及国内对波前曲率传感器研究和应用的最新进展.     

薄膜沉积法制作菲涅耳透镜

衍射光学元件在国防、生产及科研等领域起着为越重要的作用。衍射光学元件的制作技术主要包括激光或电子束直写、反应离子刻蚀、离子束铣及薄膜沉积。薄膜沉积法具有精确控制台阶高度及台阶表面较光滑的优点。使用薄膜沉积法制作１６阶菲涅耳透镜,用它代替常规的光学透镜可实现系统的轻量化、小型化、增加系统设计的自由度,屯菲涅耳透镜的衍射效率并分析产生误差的原因。     

用深紫外光刻波带片制作全息透镜阵列和椭圆波带片

本文报道用电子束扫描和深紫外曝光获得的离子刻蚀波带片的一级衍射波和二级衍射波干涉,分别在银盐干板和光致抗蚀剂上制作平面全息透镜阵列和椭圆波带片,并给出用它们聚焦和成像的实验结果。     

胶合式全景环形透镜的设计

介绍了一种新的胶合式全景环形透镜(PAL),改善了全景环形透镜的设计自由度,使全景透镜承担部分校正色差的任务,简化后继透镜组的结构,减少杂散光生成,缩小长焦距全景环形透镜光学系统的体积,并扩大系统的视场.对全景环形透镜的色差和视场进行了理论分析,给出了选择新型全景环形透镜胶合玻璃材料的方法.设计了一个双片胶合式全景环形透镜及其后继转像透镜组,系统焦距为10.3mm,总长170 mm,孔径为f/3.7,PAL最大口径为70mm,光谱范围为0.486-0.656 μm(可见光谱).后继转像镜组由8片透镜构成,系统后焦距(BFL)为17 mm.实验结果证明系统像差校正良好.