一种变倍扩束镜的设计

通常应用在激光光学系统中的准直扩束系统的扩束比是固定的,但有时需要激光光学系统的出射光束是变化的.基于高斯光学理论,分析了无焦连续变倍准直扩束系统的原理,实现了无焦连续变倍准直扩束系统的设计,并得到了验证.     

激光打标机聚焦性能的优化设计

一般动态聚焦打标机在聚焦镜前加一套准直扩束系统,随扫描振镜的转动,同步调整准直扩束系统的位置,使激光束始终聚焦在打标平面上。但对更大幅面,聚焦效果不够理想,边缘部分比较模糊。为了适应更大幅面的打标,在原准直扩束系统的基础上,设计了动态准直扩束系统,通过优化设计准直扩束系统的运动轨迹,进一步提高了聚焦性能。经优化后的聚焦指标性能提高了20%,实现了小光斑、大范围的激光打标。同时利用多项式对扩束镜的轨迹进行拟合,提高打标速度,并利用分段线性插值查找表的方法对边缘部分的枕形失真进行校正。经装机测试,该系统打标效果好,能满足使用要求。     

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.     

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。     

1.06 μm脉冲激光高倍率变焦的扩束发射光学系统设计

远距离激光主动探测体制对扩束发射光学系统的扩束能力和跟踪适应性能提出了较高的要求。针对1.06 μm YAG调Q脉冲激光扩束发射光学系统进行了具体的分析设计，采用一级折射变焦式和二级离轴反射式相结合的两级扩束系统，可将输出激光束最小发散角压缩到近0.1 mrad，输出光束最大宽度达到130 mm以上，并且在满足一定准直性的基础上，实现了大约1.5~50倍扩束比的高倍率变焦范围，使系统能够满足扫描搜索以及适应距离的远近变化来进行跟踪探测的要求。     

条形半导体激光器准直方法研究

对半导体激光准直变换、能量耦合、整形的方法等进行了研究分析,提出了条形半导体激光器准直变换的处理方法,设计了半导体激光测距准直天线。分析计算表明,采用扩束透镜与棱镜对准直可以将输入参数为发散角10°×40°,发光面100μm×1μm的典型半导体激光束,变换为发散角在1mrad以内的准直光束。     

基于热扩芯光纤的光纤准直器特性研究

为了提高光纤和光器件之间的耦合效率,设计了由热扩芯光纤和自聚焦透镜构成的新型热扩芯光纤准直器。理论上分析了热扩芯光纤准直器的基本结构参数与光学特性的关系以及由3种失配导致的耦合插入损耗。研究发现,热扩芯光纤准直器的耦合特性与自聚焦透镜的参数有关,热扩芯光纤准直器在轴向间距和角度偏差上的耦合失配容限明显优于普通光纤准直器,横向位移损耗则高于普通光纤准直器。采用模场半径为15.4μm的热扩芯光纤与自聚焦常数为0.295mm-1的自聚焦透镜制备了热扩芯光纤准直器,并对热扩芯光纤准直器因3种失配导致的耦合插入损耗进行了理论和实验比较,结果表明实验数据与理论吻合较好,说明所设计的热扩芯光纤准直器可用于长距离光耦合和旋转连接器件。     

以半导体激光器为光源的记录光学系统设计

记录光学系统由作为光源的单模半导体激光器,准直物镜、柱面扩束物镜、旋转多面体,FQ透镜以及光敏介质所组成。在不修正半导体激光器象散值△s时,准直物镜的焦点基本上位于半导体激光器结平面的垂直平面光束原始发散点位置上;柱面扩束物镜仅在结平面的平行平面上具有光焦度,其倍率Γ应满足关系式 光敏介质应位于FQ透镜后焦点附近。     

操纵原子束的激光系统研究

重点分析了操纵原子束进行纳米结构加工中激光系统的设计特点 ,包括激光器件的选择、发射功率与激光波长等参数的确定。用其结论设计出了焦距 1 93 .3mm ,F/ # =1 .9,λ =0 .67μm的扩束准直光学系统和缩束倍率 1 0×的缩束光学系统。研究结果表明 ,该系统可以通过控制原子实现纳米图形制作 ,并且具有使用方便、寿命长、成本低的优点。     

基于液晶空间光调制器的变倍率激光扩束技术研究

由于激光器发出的光束通常在毫米量级,然而在激光测距、激光通信、激光全息等领域中需要较宽的光束,因此需要对激光束进行准直扩束。本文提供了一种基于LC-SLM的变倍率激光扩束方法,利用LC-SLM产生透镜的波阵面。由计算机数值模拟出焦距不同的变焦透镜相位调制图,将其加载到LC-SLM上,利用焦距不同的变焦透镜相位调制图的灰度信号来控制LC-SLM外加电压变化,实现了基于LC-SLM的变焦透镜功能。根据伽利略望远镜形式的扩束系统,本文利用LC-SLM的变焦透镜功能与匹配透镜配合,搭建了基于LC-SLM的变倍率激光扩束系统,实现对激光束的变倍扩束。实验结果表明,该系统实现了2~×~10~×连续变倍率激光扩束。系统结构简单、精度高、响应速度快,具有很大的实用价值。     

红外光学系统无热化设计研究

分析了温度对红外光学系统的影响。军用红外光学系统往往工作在温度变化较大的环境中,因此必须采取有效的温度补偿措施以减少离焦。介绍了红外光学系统无热化设计的方法及原理。根据小型红外光学系统的设计参数,提出了光学被动式无热化设计思路。试验结果表明,光学系统在0～60℃范围内可保持良好的成像效果。     

自由曲面成像光学系统的初始结构设计方法

自由曲面设计自由度多、面型表征能力强等优势使成像光学系统突破了传统面型表征和系统结构的限制,在进一步提高成像质量的同时可以实现大视场、大孔径、小型化、轻量化等设计目标。良好的初始结构可以充分发挥自由曲面对像差的校正能力,提高系统设计效率。与共轴光学系统相比,自由曲面成像光学系统设计存在可参考样例少、像差理论尚不完善等问题,其初始结构的构造与求解仍然是先进光学设计领域的前沿热点问题之一。结合课题组多年的研究心得,探讨了现有的自由曲面成像光学系统初始结构设计方法,依据自由曲面构造原理将其分为同轴系统离轴化法、直接设计法、视场孔径扩展法和分段拼接融合设计方法,并分别介绍其设计原理和思路。最后对自由曲面成像光学系统初始结构设计中亟待解决的问题进行了分析总结。     

水下激光成像系统准直器的研究

本文利用高斯光束传输特性,在水下激光成像的特定条件下,提出了设计准直器的一种新方法和最优化设计方案,并给出了最优化的流程图。计算了高斯光束通过准直器的象差,并 同步扫描水下激光成像系统准直器的设计实例。     

二次成像光学被动无热化设计

介绍光学被动无热化设计的原理,对二次成像系统进行热离焦分析,提出一种使物镜组和中继镜组无热化,从而实现二次成像系统无热化设计的方法。研究由三种材料4片透镜构成的镜组无热化的图解法并给出详细设计步骤。采用Ge、ZnS和CdTe三种常用的红外材料,设计一个长波二次成像光学系统。设计结果表明该系统在-60～70℃的温度范围内,具有良好的消热差、消色差性能。     

折反式远红外光学系统设计

针对红外搜索与跟踪系统在现代战争中体现出的优势和重要性,提出了一种折反式红外光学系统设计方法.在折反系统中,用同一种红外材料实现了像差特别是二级光谱的校正.该设计结果满足设定要求,可用于机载红外搜索与跟踪系统,并适用于像元尺寸为25μm的非致冷焦平面阵列探测器.     

应用于高能激光系统的发射聚焦装置研究

为了满足当前高能激光系统的工程应用需求,设计了针对高能激光聚焦的发射聚焦装置。首先选取了折反式二级扩束光学系统作为设计模型,然后利用光学设计软件序列模式对光学系统进行了设计优化,获得了平面波光束在不同距离聚焦的设计结果。其次由于平面波光束和高斯光束在调焦量上存在差异,通过矩阵光学理论计算了针对高斯光束聚焦的调焦修正量,并利用光学设计软件非序列模式重构光学系统,并以非相干空间合束的高斯光束作为入射光,进行了高能激光的传输聚焦仿真验证。在系统参数一致的条件下,与常规的离轴反射式光学系统进行对比。对比结果证实了本文设计的光学系统光学性能优良,可满足对入射高能激光在0.5~5 km范围内聚焦,最后开展的样机实验也验证了设计的正确性和合理性。     

激光微束细胞操作系统

提出构建一种用于生物细胞操作的激光微束系统.即由Nd:YAG激光经物镜聚焦形成的光刀和He-Ne激光器经物镜聚焦形成的光镊组成的激光微束系统,进行了总体设计、关键部件设计和选择.在构建的激光微束操作实验系统上实现了非接触细胞操作,验证了光镊的力学效应.采用Nd:YAG经显微物镜会聚形成光刀可以对细胞或细胞器进行打孔或切割染色体.     

红外显微光学系统的小像差互补设计方法

针对显微系统具有高分辨率与高成像质量的要求，其系统一般片数多装调困难，导致系统存在实际的装调效果与设计结果之间难以匹配的问题，因此提出了小像差互补的方法对系统进行设计。首先，建立基于小像差互补设计方法的数学模型，然后将其编写为可用于控制ZEMAX软件的宏语言(ZPL)，再对光学系统进行优化设计。最后以一红外显微光学系统为例，对比小像差互补设计方法使用前后的优化结果，对小像差互补设计方法进行了验证，发现应用小像差互补设计方法的光学系统，总体成像质量具有突出优势，各元件的公差敏感性明显降低，整体光学系统的稳定性得到了有效提高。     

三镜反射式光学系统综述（特邀）

三镜反射式光学系统由于具备同时校正球差、彗差与像散三种像差的能力,可以实现较高的光学性能,基于其反射镜数量少、装调复杂性可接受等特点,在光学成像领域有着广泛的应用。特别是离轴三镜反射式光学系统,凭借其无孔径遮拦、可实现大视场等诸多优势,在高性能光学仪器装备中占据着重要位置。文中以典型的三镜反射式光学系统发展为主线,全面介绍了多种类型的三镜反射式光学系统,涵盖同轴三反系统、两轴三反系统、离轴三反系统与无焦三反系统,讨论了其光学结构特点、结构关联与光学系统性能,并给出了设计示例,供光学设计领域研究人员共同探讨。