基于照度分割反馈法的扩展光源背光源设计

以LED为扩展光源,提出一种基于照度分布分割与反馈的方法为LED设计非常紧凑的光学自由曲面透镜,进而设计实现了大距高比(DHR)的直下式背光源.与子光学面联接构成光学面的过程相对应,总照度分布被分割为子照度分布.通过修正子光学面来调整子照度分布,使得总照度分布足够接近于目标照度分布,所需光学面就被构建出来了.该设计过程不依赖于仿真,简便易行,适用广泛.作为实例,一个非常紧凑(透镜的中心高度与LED尺寸相等)的自由曲面透镜被设计出来,作为直下式背光源的配光透镜.仿真结果表明,背光源照度分布的均匀度达到了0.91,相对标准差(RSD)低至0.020 2,总的光能利用率达到了85.5％.     

小F数标准球波面透镜组的F′C重合误差分析

标准球波面透镜组是光干涉计量测试凸、凹球面面形质量的重要测量器具，它能产生PUV值优于λ／20（λ=0．6328μm)的标准球面波，透镜组中末球面为标准球面。其使用特点要求透镜组的焦点F′与末面球心C重合；如果存在重合误差，则用于球面面形检验时会引入测量系统误差。推导分析了F′C的允许重合误差与透镜组F数等参量的关系，运用ZEMAX光学设计软件模拟给出系列小F数标准球波面透镜组允许的F′C重合误差，并设计实验测试方案，得到反映标准球波面透镜组F′C重合误差的干涉图，它们的波像差均小于5A。由理论分析与实验测试结果可知．F数很小(如F／1．5，F／0．75)的标准球面透镜组．F′C重合误差小于0．03mm，甚至达到微米量级。     

一种环面焦斑菲涅耳聚光器的设计与分析

在聚光光伏系统中,聚光光斑辐照度的不均匀性会降低光伏系统的光电转换效率,且会在光伏电池表面形成热斑效应,灼伤光伏电池。基于多焦点方法,设计了一种环形焦斑菲涅耳太阳能聚光镜,每环小透镜在焦平面上具有一个环面焦斑,且环面焦斑在接受面上均匀依次排列,实现均匀聚光。以口径400mm,具有200环,焦斑半径20mm,F数为0.8的圆状环面焦斑菲涅耳聚光器为实例,用TracePro模拟平行太阳光垂直照射下时的照度图,得到其理想光学效率为86.77%,光能均匀度为0.8,表明环状焦斑菲涅耳聚光器具有较高的光能利用率和照明均匀性。分析了焦斑均匀性与聚光器F数的关系,当F数一定时,焦斑均匀性随着聚光器口径的增大而逐渐降低。     

用二元光学元件简化相干激光雷达天线系统的光学设计

根据相干激光雷达小型化、轻量化、低成本和高性能的要求,采用小口径、平面基底的二元光学元件对外差探测、收发合置的相干激光雷达天线系统的结构进行简化.按照使用需要设计了一个透射式伽利略型天线系统,整个系统只用了一片大口径球面透镜,一片小口径球面透镜和一片小口径二元光学校正元件.设计参数为:发射系统物方视场角2ω=10°,出瞳口径Φ=100 mm ,束散角压缩比β=5×,激光光源波长λ=10.6 μm.设计结果为:光学天线系统的像质达到衍射极限.(OG10)     

液晶投影显示系统中的透镜阵列方式

首先对大屏幕液晶投影显示系统进行分析,并在系统设计中采用透镜阵列方法提高系统的光学性能,针对光学透镜阵列方法进行探讨研究,给出透镜阵列的设计方法和设计参数,显示系统采用双排复眼透镜,在１９０Ｗ的金属卤化物灯的情况下可达到４００ＡＮＳＩ流明的光能量输出,对比度大于１００：１,均匀性大于９０％,且显示效果良好,性能优异。     

衍射微透镜阵列用于半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列。采用菲涅耳衍射公式,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了成像型微透镜阵列匀化系统,并研究了微透镜口径及相位台阶数对焦斑均匀性的影响。结果表明:当衍射微透镜的口径D=0.27 mm、相位台阶数L=16 时,可获得不均匀性约为5%、系统能量可利用率达97%的均匀焦斑。     

光学积分器的元素透镜数量和形状对太阳模拟器均匀性的影响

光学积分器是实现太阳模拟器辐照面均匀 性的关键元件, 构成光学积分器的元素透镜的数量和形状直接影响太阳模拟器的均匀性。本文采用仿真分析 的方法研究了 6种不同数量的元素透镜对辐照面均匀性的影响,并得出了5个重要结论;同时研究了采用两 种不同形状 的元素透镜对辐照面均匀性的影响,指出当要求辐照面为圆形时,正六边形元素透镜较正方 形元素透镜的 结构更佳。本文研究结论可为太阳模拟器中光学积分器的设计和选型提供重要参考。     

用于室内照明的自由曲面均匀配光透镜设计

以非成像光学为基础,设计了一种在大发散角范围内均匀配光的大功率LED室内照明二次配光透镜方案。采用划分网格法建立光源LED和接收面的映射关系,推导透镜自由曲面面形的一般方程,采用差分法求解透镜面形方程获得面形轮廓数据,再用三维软件建立透镜模型,通过光学仿真软件对所建模型进行光线追迹。结果表明:此方案适用于40°～140°配光角度要求的均匀配光;仿真配光角度120°的照明系统,当透镜的口径与LED发光面直径之比大于等于10时,照明系统的均匀性优于0.9,能量利用率大于92%,且照明效果不受接收面高度的影响。该设计方法为实现大功率LED室内均匀照明系统的小型化和简单化提供了一种有效的途径。     

用于激光等离子体诊断系统的长焦深透镜

针对惯性约束聚变(ICF)等离子体诊断系统中对长焦深光学元件的要求,采用非线性相位拟合法设计了一块孔径150 mm,焦距450 mm,焦深5 mm的长焦深球面透镜.为了验证该方法的可行性和正确性,制作了一块与设计等F数(通光孔径为80 mm,焦距为240 mm)的长焦深透镜,并且测量了平行光经过该透镜后的轴上和横向光强分布.理论和实验结果都表明,采用非线性相位拟合法设计的长焦深透镜可以获得长焦深、小焦斑、小旁瓣的聚焦光束,可以满足诊断系统对长焦深元件的要求.     

准分子激光靶面焦斑合束研究分析

靶面焦斑合束数值模拟研究可为准分子激光角多路系统建设提供重要参考。首先介绍了靶面激光焦斑合束的计算方法,进而基于单束激光焦斑形态和光束指向稳定性开展了18束准分子激光靶面合束计算,给出了合束焦斑的形态及评价参数。最后,基于准等熵压缩实验的要求,研究了不同系统成像质量对激光指向稳定性的要求。研究表明:多束激光焦斑合束有利于提高焦斑均匀性;高系统成像质量需要较高的光束指向稳定性来保证合束焦斑的均匀性,否则高系统成像质量的优势得不到体现;系统成像质量较差时,光束指向稳定性处于一定范围内即可,更高的激光指向稳定性对焦斑的均匀性改善不显著。     

均匀辐照365nm LED光源设计及其在光刻中的应用

优化设计了365nm紫外LED点光源阵列、聚焦透镜组的排布,实现了高强度均匀辐照的LED面光源。利用优化后的365nm LED面光源进行了接触式曝光光刻实验,所得刻写图形与掩模板图形一致。提出的基于365nm紫外LED阵列均匀辐照面光源的光刻方法具有结构简单、节能、环保等优势。     

红外生命探测仪用光学系统的设计

为了使红外生命探测仪的光学系统具有更大的探测范围,提出了一种新型红外双视场光学探测系统.该光学系统为变焦距光学系统,它利用轴向移动变焦方式使透镜组实现变倍和温度补偿,简化了机电系统结构.该光学系统的工作波段为8～14μm,焦距为35～140 mm,变倍比为3倍.由于选择锗(Ge)和硒化锌(ZnSe)作为透镜材料,F数≥...     

基于棱镜和微透镜的LED混光投射透镜设计

基于透镜侧面棱镜和前后膜芯添加微透镜设计一款出光角度可变的均匀混光照明透镜。采用棱镜和微透镜结合的新型方法,分别对透镜外侧棱镜和模芯微透镜进行新的设计。对目标角度进行映射关系的计算及推导,得到全反射棱镜的轮廓曲线图,中心内外部分采用折射型的微透镜阵列,通过Solidworks建立透镜模型,然后导入光学仿真软件Lighttools中进行光线追迹。采用12颗30 mm×30 mm贴片式不同色温的LED作为光源,设计了一款高度20 mm,直径52 mm的单颗实用型投射透镜。仿真与实测结果表明：所设计的透镜匹配该阵列光源后,光学效率高于87%,半光强角为40.6°,可以实现均匀混光投射照明。     

Mesh光互连网络集成模块研究

本文研究了一种新型的自由空间光互连Mesh网络集成模块。对Mesh光互连系统结构进行了设计,着重对系统模块中的光收发透镜阵列进行了光学设计,对两种不同设计方案进行了比较。结果表明,直接由透镜中心斜入射法能更好地满足Mesh互连网络的要求。     

非制冷焦平面热像仪用双视场红外光学系统

介绍了一种用于非制冷凝视焦平面探测器的长波红外双视场光学系统设计实例,该系统工作波段为8 m～12m,变倍比为3倍,采用轴向移动变焦方式.变倍透镜组可实现变倍、调焦及温度补偿功能,简化了系统机电设计,具备体积小、重量轻、功耗低等优点,并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价.     

基于矩阵光学的光镊设计

光镊已经成为研究单分子生物物理特性的一个基本工具, 因而光镊设计是一个极为重要的课题。光镊捕获光路一般由激光器、扩束系统、光束调控系统、共焦系统、光束耦合系统和大数值孔径的物镜组成, 通过保持物镜后瞳充满度来实现光镊稳定性。本文根据几何光学, 利用矩阵光学进行光镊捕获光路计算, 得到了各个透镜间距、透镜和光束调控系统距离、物镜后瞳处光斑大小与光束调控系统处光斑大小的关系、光束调控系统处光斑大小和入射激光光斑大小的关系。本文计算结果表明光镊横向位置和物镜高度无关, 并指出了物镜后瞳位于成像透镜后焦面、光束调控系统位于共焦系统后透镜像方焦面处, 才能在光镊阱位纵向操控时保持物镜后瞳充满度不变。本文工作为光镊设计和调整提供了非常简洁而有效的理论指导。     

CD物镜工程化设计中的若干问题

介绍了CD光学系统的工作原理和光学评价准则,讨论了设计和装配中应当注意的主要问题.从工程化的角度设计了一款可用于批量生产的CD物镜,通过对设计实例的计算分析,给出了激光器像散、制造误差、系统误差影响下物镜的光学特性曲线.设计结果不仅可以承受各种制造误差,而且能够在聚焦误差、光盘倾斜等其它误差存在的情况下,于较大寻迹范围内保持良好的光学特性,证明了该设计的实用性.     

光轴一致性误差对空间透射式系统像差和质量的影响

应用于空间光学的高精度透射式系统对光学装调有着严格的要求,微小的光轴一致性误差都将严重影响系统质量。介绍了一种通过像差分析和仿真预估指导光轴一致性装调的方法。以应用于空间光学的大口径长焦距透射式镜头为例,计算光轴一致性误差的像差特性。首先给出了光学元件偏心与系统像散、彗差以及球差的关系。然后详细分析了各不同透镜像差贡献的差异,分别计算了各元件偏心和倾斜对系统像散和彗差的影响。利用波前均方根(RMS)和光学传递函数(MTF)作为评价函数,得出各个分离透镜偏心误差对不同像差和系统成像质量的影响权重。最后在实验上对该方法进行验证,光学系统装调后实测结果满足像质要求。该方法能够为实际光学装调提供必要的参考,为高精度透射式光学系统的光轴一致性误差调整提供依据。     

一种折反式激光半主动导引头光学系统

介绍了激光半主动导引头及其光学系统的结构和特点.依据半主动激光导引头的总体指标要求,分析、计算了折反式激光导引头光学系统的关键参数.进行了光学系统的结构选型,分析了激光导引头光学系统的像差和光斑要求,进行了光学系统设计.仿真结果表明,整个线性视场范围内,折反式激光导引头光学系统光斑直径稳定无变化,能量分布均匀一致;瞬时...