消除中心遮拦的反射式激光扩束新方案

反射型扩束器由于其独特的优点得到了广泛的应用,但系统存在的中心遮拦现象,使得高斯光束在扩束过程中有４０%左右的能量损失．本文提出了一种采用两个不同锥体反射镜构成的激光扩束新方案,消除了这种由于中心遮拦而带来的能量损失,并分析了对这种结构形式进行变化后得到的其他几种方案．     

两镜系统分析

本文根据三级像差理论,讨论了满足系统为会聚光路、系统遮拦比|α|<1两个条件的两镜系统,分析了以消球差S_1=0为初始条件,同时校正其余像差系数S_(II),S_(III)的系统。对在不同非球面系数条件下,主镜、副镜的面形以及比较半径R_1,R_2随遮拦比α和放大率β的变化作了分析,并总结了现有已命名的经典系统。     

衍射型激光扩束器的保真度研究

针对传统的二次非球面折射型激光扩束器存在不易加工、装调困难、体积大、重量大,特别是难以获得高填充比阵列透镜等不足,提出了一种利用衍射型台阶化面型近似二次非球面的激光扩束器方案,结果表明:对于典型的束腰半径为2mm的高斯光束,衍射型激光扩束器可实现2.8倍的理论扩束比。为了保持扩束过程中激光模式的稳定性,提出了不同区域给定不同台阶数的两类复合结构,解决了扩束过程中保真度和二元衍射元件加工特征尺寸无法同时满足的问题,改进后的系统保真度达95.82%,各区域最小光刻线宽均大于2μm,能够满足现有光刻加工技术要求。对影响系统保真度主要误差的分析结果表明:离轴误差在-1~1mm,目镜和物镜倾斜误差分别小于0.1mm和1.68mm时,系统保真度仍大于95%,方便装调。     

改良型卡塞格林系统的加工检验

卡塞格林系统是望远系统中最经典的反射式光学系统。常规的卡塞格林系统成像点在系统以外,可以直接采用干涉仪检验。而改良型卡塞格林系统成像点在两镜之间,无法用常规方法进行检验。基于系统特性,主要分为两步检测:对主镜进行精确检验;通过检验系统的弥散斑评价成像质量。在采用轮廓仪测量、阴影法检验以及Zygo干涉仪检测的基础上,通过搭建特殊结构对系统进行精确检测。同时,在检验过程中要边测量边修正面形,使得系统成像质量符合使用要求。     

非球面反射型扩束器的研究

非球面反射型扩束器由于其独特的优点得到了广泛的应用.本文分析了两种最常用形式的结构和像差特点,提出了一种利用两个不同锥体反射镜的组合实现光束转换的办法,从而消除了系统由于中心遮拦而带来的能量损失.文章还对各种非球面反射型扩束器和折射型扩束器的特点进行了比较.     

经典卡塞格林系统热差分析

对纯反射的经典卡塞系统,推导出了热差的数学解析式,用解析式分析计算了三种典型情形,并同步用ZEMAX软件进行了模拟演算。结果表明：当材料选择不当时,将会产生很大的热差;当反射镜材料和结构件材料的膨胀系数值相同时,热差恒为零。     

大口径哈特曼扩束系统的设计和研制

论述了用于哈特曼波前探测系统的透射式光学扩束器的研制.以三级像差理论为基础,分析了传统扩束器没能很好校正轴外像差的原因,在推导计算出初始结构参数后,通过ZEMAX光学设计软件,设计出轴上和轴外像差都得到很好校正的、大口径、大相对孔径、视场可增大的新型扩束器.并根据此哈特曼扩束系统的实际使用要求,考虑支撑受力与热变形等因素,为光学元件配以相应的结构设计,给出了具体的设计实例.介绍了加工过程与调整方法,提供了检验方式.最终验收得到波前PV值为λ/4.     

两镜反射系统的初始结构求解方法

基于三级像差理论提出了一个求解两镜反射系统的初始结构的方法。在仅仅知道系统的焦距长度f,两镜之间的间隔d和后工作距离l′₂时,利用该方法能够方便而有效地计算出系统的初始结构参数。该方法的显著优点是以两镜之间的距离作为求解系统初始结构的条件,在系统的几何尺寸受到限制时,非常方便和有效。同时,由已知参数可以方便地计算主镜遮拦比和次镜放大率。最后分析了4种典型的两镜反射系统,并给出了设计实例,结果表明,此方法是相当精确的。     

一种卡塞格林反射系统的光机结构设计与分析

本文介绍了一种卡塞格林反射系统(以下简称卡式组件或卡式系统)的光机结构设计与分析。首先根据设计输入,进行指标分解,完成卡式组件的光机结构设计。然后通过公差分析和仿真分析对设计进行迭代和验证。最后通过环境试验来验证加工装调完成后的卡式组件的可靠性以及环境适用性。本文介绍的卡式组件具有刚度强度高,可靠性及环境适用性强等特点,同时满足光学性能指标要求。     

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。     

伽里略非球面透镜扩束器

在激光系统中，伽里略球面透镜扩束器已得到广泛地应用，但是，它有许我乐足之处。本文中，研究了伽里略非球面透镜扩束器，给出了伽里略非球面透镜扩束器光学系统设计的方法和设计结果。我们得出的结论是：伽里略非球面秀镜扩束器比伽里略球面透镜扩束器好。     

一种主动共存的增强型光束扩展器

提出了一种主动共存的增强型光束扩展器——ACEX-RE。该ACEX-RE由集成的一对混合光放大器(EDFA和SOA)和共存元件(CEX)模块组成,该模块与OLT系统一起安装在中央交换机(CO)上,分别作为下行和上行光信号的增强器和前置放大器。在下行波长和上行波长分别为1577和1270nm的情况下,对GPON和TWDM-PON共存的XGS-PON系统进行性能测试。结果表明,提出的ACEX-RE能够支持多速率XGS-PON的最大运行距离为35km,分束比为1∶128,链路损耗为44dB。     

窄线宽准分子激光腔内棱镜扩束器的优化设计

棱镜扩束器(PBE)广泛用在准分子激光腔内光谱压窄系统中,可以有效降低光束发散角和系统内能量密度。为了实现窄线宽激光输出并降低腔内损耗,需要对棱镜扩束器的棱镜个数、单棱镜扩束倍数和棱镜顶角进行优化设计。根据棱镜扩束倍数的理论,数值分析了入射角、顶角和出射角对棱镜扩束倍数的影响,并在实验上很好地验证了扩束倍数与入射角的关系。此外,推导了激光器线宽压窄系统实现一定激光线宽输出所需的总棱镜扩束倍数。优化设计了扩束倍数M为13.3的氟化钙消色散棱镜扩束器,在此基础上,实现了0.915pm的窄线宽ArF激光输出,实验结果与理论设计吻合。     

非球面扩束器的设计

本文根据像差理论,叙述了非球面扩束器的设计方法。带有高次曲面的扩束器物镜能对大相对孔径的透镜校正像差.通过具体的实例,阐明了相对孔径加大,物镜的高次项增加,目镜结构复杂化,筒长同时可以大大减小。     

激光跟踪瞄准系统的扩束系统设计

根据远距离激光跟踪瞄准系统对出射激光束的准直要求,设计了一个倍率18的激光扩束系统,系统地介绍了设计方法.按照高斯光束的透镜变换理论,计算了该扩束系统的正确离焦量,分析了系统的焦点偏移量对出射光束束腰位置和束腰半径的影响,指出扩束效率对焦点偏移量非常敏感,预测了精密调焦机构要注意的问题.     

多波长透射式扩束器设计

从像差理论出发,通过实例介绍了扩束器的具体设计过程,并给出了物镜通光口径为200mm、焦距400mi、视场为2mrad、放大倍率为40倍和主工作波长为0.6328μm的扩束器结构参量,通过改变目镜与物镜间距还可以对波长0.532μm和1.064μm的激光进行同倍率的扩束,在应用时不必重新设计扩束器或目镜系统即可以对这三种波长进行扩束,使用方便,也节约成本.