窄波段高分辨率平场全息凹面光栅的一种简单设计方法

给出利用 型全息凹面光栅的无离焦和消彗差特性 ,设计窄波段高分辨率平场全息凹面光栅的一种简单方法。详细讨论了该光栅的优化设计 ,并给出设计实例及数值评估结果。     

CCD光纤光谱仪结构研究

本文主要研究了利用电荷耦合器件(CCD)阵列为探测器,光线由光纤入射的光纤光谱仪摄谱结构的原理特性,并着重对平场像差校正凹面全息光栅摄谱结构中各元件与系统性能之间的关系做了深入的分析和探讨.     

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。     

用于平场光谱仪的非球面全息凹面光栅设计

基于全息凹面光栅理论和ZEMAX软件,设计了一种用于平场光谱仪的消象差平场非球面全息凹面光栅。与采用相同口径、相同相对孔径的全息凹球面光栅构成的平场光谱仪比较,在入射狭缝宽度相同的情况下,该光栅所构成的平场光谱仪的分辨率得到明显提高。同时,利用较大相对孔径非球面全息凹面光栅,可使平场光谱仪的结构更紧凑,从而可实现平场光谱仪的小型化。     

用矩阵方法处理凹面光栅的衍射

本文用扩张4×4阶矩阵方法对凹面光栅的衍射问题进行了分析,给出了凹面光栅的罗兰圆和初级象散,用张量ABCD定律分析了凹面光栅对非对称高斯光束的衍射问题。     

平场全息凹面光栅的设计

介绍一种从罗兰圆结构出发,利用ZEMAX光学软件设计平场全息凹面光栅的方法。此设计方法简便,在兼顾平场和提高分辨率方面效果显著。最后给出了一个设计实例,并对设计结果进行了分析和评价。     

基于凹面光栅的光纤激光谱组束系统设计

光纤激光谱组束技术是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段。在传统的外腔谱组束系统中,离轴阵元的效率下降限制了其组束潜力;在基于PTR布拉格光栅的谱组束系统中,随着组束阵元数目的增加,系统复杂程度、体积和重量随之增大,限制了其应用范围。针对当前谱组束系统中存在的诸多问题,采用凹面光栅作为色散元件构建新的谱组束系统。凹面光栅同时具有衍射分光和聚焦的功能,应用于谱组束系统中不仅可以解决离轴阵元效率下降问题,而且降低系统的复杂程度,有利于输出稳定性的提高。     

高分辨率平场全息凹面光栅的研制

提出一种利用ZEMAX软件设计、分析评价平场全息凹面光栅的方法。该方法不需要求解复杂的高级像差方程组,兼顾平像场和提高分辨率的效果显著。ZEMAX软件能对设计结果迅速进行评价,减少了人工运算,提高了设计结果的可信度及工作效率。研制了直径Ф=60mm、F／#=3．3和使用波长范围为652～704nm的全息凹面光栅,对设计结果分析表明：在点光源再现情况下,理论分辨率优于0．1nm;在宽度为30μm缝光源再现情况下,理论分辨率优于0．2nm。实际研制结果与理论分析相符。     

全息象散与全息柱面镜

本文首先从准菲涅耳近似Ｆ轴外点光源的复振幅分布出发，讨论了全息成象出现轴上点象散的原因，提出了全息主焦距的概念，讨论了象散与全息图记录参数的关系，所得结论对全息显示和全息光学元件的制造具实用意义，另外，分析了用两束球面波记录全息柱面镜的可能性，制造了一个象散达８５．１９ｍｍ的全息正交柱面镜，并进行了测量，结果与理论计算基本一致，从而肯定了用球面波记录全息柱面镜的可靠性。     

二次X射线曝光制作凹面光栅

介绍了一种通过微细加工技术即二次X射线曝光制作凹面光栅的方法。首先利用X射线截面光强遵循高斯分布的性质，无LIGA掩模版曝光显影后在PMMA上得到凹面，凹面深度可由曝光时间控制；再用带有光栅图案的LIGA掩模版第二次曝光显影在凹面上制作光栅。利用不同的掩模版，非常方便地制作了一维和二维凹面光栅，其粗糙度RMS值小于20nm。     

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。     

裂像镜在激光测距机离焦检测中的应用

为了减小探测器离焦问题对激光测距系统的影响,设计了一种基于裂像镜的主动型测距机探测器装调系统。首先,分析了裂像镜的成像原理,并对其检测精度进行了理论分析,构建了裂像离焦数学模型;其次,针对影响检测的误差因素,给出了不同取值下的误差曲线,得到了检测精度影响的变化趋势;最后,设计完成理论样机并进行实验验证。实验结果表明:理论样机在离焦量为0~6 mm时,检测精度可以达到0.07 mm, 较为接近理想值,且离焦量越小离焦检测精度越高,符合装调测量习惯。该离焦检测系统为非成像型光电探测器装调提供了一种新方法,能够进一步提高激光测距系统的测量精度。     

用粒子群算法设计的5镜系统与ZEBASE中5镜系统比较

将粒子群算法用于5片镜光学系统的设计优化中。由球差、像距、畸变、场曲、彗差和光线弥散值构成光学评价函数,用这个评价函数作为粒子群算法的适应度函数,优化设计了一结构简单的5 片镜系统,并把此5 片镜系统与ZEBASE 中5 片镜系统的球差、畸变、子午场曲、弧矢场曲、子午光线弥散值、弧矢光线弥散值、子午彗差、弧矢彗差进行了对比。对比结果显示,用粒子群算法设计的5片镜系统的球差、畸变、子午场曲、弧矢场曲、弧矢光线弥散值较小,ZEBASE 中五片镜系统的子午光线弥散值、子午彗差、弧矢彗差较小。设计实例表明,粒子群算法可以克服现有光学设计软件高度依赖具体初始结构的缺点,可以自由控制结构参数的搜索范围,从而提高光学系统设计的智能化程度。     

疵病检测中适用于不同倍率物镜的波前编码板优化设计

为了更有效地对光刻投影物镜进行疵病显微检测 ,通过对波前编码(WFC)板上光线入射角度及其系数之间变化关系 的分析,设计和优化了一个可以同时适用于5X、10X显微物镜的WFC板。设计 结果表明,加入优化设计的WFC板后,分别对5X、10X和 20X显微物镜延拓了3到10倍的景深; 同时,光学系统的调制传递函数(MTF)在空间截止 频率附近都能保持较好的数值,保证了其应有的分辨率。通过成像仿真实验,对比了加 入WFC板前后的不同倍 率显微物镜的离焦成像能力。结果表明,所设计的WFC板对不同倍率的显微物镜都 有良好的景深延拓能力,在疵病显微检测中具有良好的适应性和有效性。     

Waveguide-loss evaluation in circular hollow waveguides and its ray-optical treatment

A ray-optical representation of the attenuation constants in circular hollow waveguides characterized by a surface impedance and admittance has been derived from the characteristic equation based on the boundary-value problems. It is shown that in the first order of approximation, the attenuation constants of all modes including hybrid modes can be derived as if the corresponding rays were meridional. The effect of the Goos-Hänchen shift is also considered, which is significantly different from that in an intuitive formula given in circular dielectric waveguides.     

Resolution of Near-Field Microwave Target Detection and Imaging by Using Flat LHM Lens

It is demonstrated in this paper that higher focusing resolution will be provided by flat left-handed metamaterial (LHM) lens if compared to convex dielectric lens and elliptical reflector focusing system. High-resolution near-field microwave target detection and imaging with flat LHM lens can be implemented by scanning the focal point of the flat LHM lens in the region under detection and screening directly the field intensity distribution of backscattered microwave refocused by the flat LHM lens. Numerical simulations demonstrate that sub-wavelength imaging resolution can be obtained by the proposed approach due to the sub-wavelength focusing resolution of flat LHM lens. Moreover, almost unique imaging resolution for the detection and imaging of target at different depths is also demonstrated. For practical LHM lenses, it is shown that the losses of LHM up to the order as reported in some LHM experiments will limit the sub-wavelength resolution of the proposed approach to an acceptable level.     

用于高光谱成像仪的大视场离轴三反系统设计

大视场、高分辨力星载高光谱成像仪已成为空间遥感的迫切需求,要求其望远系统在宽视场内具有高空间分辨力。在共轴三反系统的几何光学成像理论基础上,研究了用于高光谱成像仪的大视场离轴三反消像散(TMA)望远系统的设计问题,编制了初始结构计算程序,采用视场离轴方式,设计了一个波段范围0.4～2.5μm、焦距360 mm、相对孔径1:4、线视场11.42°的离轴三反望远系统,其主镜为6次非球面,次镜和三镜为二次曲面,考虑到市售探测器的限制,提出了视场分离的分光方法,在离轴三反系统的焦平面附近加一个刀口反射镜实现视场分离。在奈奎斯特空间频率28 lp/mm处,调制传递函数大于0.75,成像质量接近衍射极限。     

基于圆对称性的离焦模糊图像还原方法

针对离焦模糊图像,圆盘离焦模型和高斯离焦模型的还原效果并不理想,提出基于圆对称性的离焦模糊图像还原算法。通过刃边函数估算模糊半径,利用信噪比还原图像,进而计算图像的信号功率谱。提出改进的DCT分块加权清晰度评价函数,对DCT系数作指数加权优化,并根据圆对称性模型检测出的多个模糊半径还原出多个图像,并筛选出最清晰图像作为还原结果。实验结果显示,与传统的还原方法相比,该方法提高了还原图像的清晰度和分辨率。     

基于多目标图像清晰度评价的LAMOST光谱仪离焦诊断方法

研究表明,当温度产生一定变化时,会导致大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）光谱仪的内部器件产生热诱导变形,引起CCD靶面上的图像离焦模糊,降低了天文数据测量精度,也大大增加了16台光谱仪的日常维护难度。基于LAMOST运行前拍摄的定标灯谱数据,提出了一种基于多目标图像清晰度评价的离焦诊断方法。该方法通过对不同离焦量下的定标灯谱图像进行分析,提取了一定数量的光斑的半高全宽（FWHM）及其总体分布情况,建立多目标图像清晰度与系统离焦量之间的离焦函数模型,实现对LAMOST成像像质的离焦诊断,为后续智能化主动补偿技术的实现提供了技术支撑。介绍了LAMOST光谱仪的工作原理及结构,给出了光谱仪对调焦精度的需求;详细介绍了光斑FWHM值的测量原理与多目标图像清晰度评价函数的构建方法。与传统图像清晰度评价函数的对比结果显示,文中方法具有更高的清晰度对比率与精度,对定标灯谱图像的离焦诊断误差在10 μm以内,有效降低了人为局部诊断带来的误差,提高了16台光谱仪系统一致性,有望提高LAMOST日常运行效率与光谱仪的长期稳定性。