Geometric Theory for the Design of Multielement Optical Systems

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒｅｎｄｉｎｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ(ＥＵＶ )ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙａｎｄｓｏｐｈｉｓｔｉｃａｔｅｄｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｕｓｅｏｆａｎｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｔｈａｔｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｓｅｖｅｒａｌａｄｖａｎｃｅｄｏｐｔｉｃａｌｅｌｅ ｍｅｎｔｓ,ｓｕｃｈａｓａｃｃｕｒａｔｅｌｙｆｉｇｕｒｅｄａｓｐｈｅｒｉｃｍｉｒｒｏｒｓａｎｄｖａｒｉｅｄｌｉｎｅｓｐａｃｉｎｇｇｒａｔｉ…     

Optical Design for the Off-axis Reflective Optics with Wide Field

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｐｔｉｃｓｗｉｔｈｗｉｄｅｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｉｓａｌｗａｙｓｔｈｅｔａｒｇｅｔｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｅｒｓａｒｅｐｕｒｓｕｉｎｇ .ＢｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｔｙｏｆＥＵＶＬａｎｄｓｐａｃｅｏｐｔｉｃｓ ,ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃｓｍａｙｂｅｉｓｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｂｕｔｔｈａｔｔｈｅｏｎ -ａｘｉｓｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃｓｈａｓｎａｒｒｏｗＦＯＶｕｓｕａｌｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.Ｏ…     

衍射光学元件制作技术及未来展望

回顾了衍射光学元件(DOE)制作技术的发展过程,介绍了未来制作技术的发展以及元件演变的未来趋势。     

X射线—极紫外光学中的超精密加工及其应用

短波光学技术的发展对高精密超光滑表面提出了严格要求。在X射线—极紫外光学中,光学元件表面粗糙度均方根值必须达到埃量级。制造这样表面的超精加工包括切割、研磨和抛光等工艺过程。本文介绍一种制造X射线望远镜中非球面镜的复制方法。     

光学和光学仪器光学零件和光学系统图样第7部分:表面疵病公差

1范围ISO10110规定了制造和检验用光学零件和光学系统图样的设计和功能等要求的表示方法。ISO10110的本部分规定了单个光学零件有效孔径内表面疵病(擦痕、麻点、斑点、镀膜层疵病等)公差，以及破边公差的表示方法。确定表面疵病公差应同时考虑功能(对像质或零件使用寿命的影响)     

利用衍射光学元件增加出射光束的焦深

在入射光束的孔径受限制的情况下,利用衍射光学元件来增加激光束的焦深。首先确定光阑孔径的大小、然后利用Y-G算法,在已知入射和出射光波函数的条件下,计算出衍射光学元件的位相分布。计算结果表明焦深可以比未用衍射光学元件时增加一半或更多。     

Optical Property Analyses of Plant Cells for Adaptive Optics Microscopy

In astronomy, adaptive optics (AO) can be used to cancel aberrations caused by atmospheric turbulence and to perform diffraction-limited observation of astronomical objects from the ground. AO can also be applied to microscopy, to cancel aberrations caused by cellular structures and to perform high-resolution live imaging. As a step toward the application of AO to microscopy, here we analyzed the optical properties of plant cells. We used leaves of the moss Physcomitrella patens, which have a single layer of cells and are thus suitable for optical analysis. Observation of the cells with bright field and phase contrast microscopy, and image degradation analysis using fluorescent beads demonstrated that chloroplasts provide the main source of optical degradations. Unexpectedly, the cell wall, which was thought to be a major obstacle, has only a minor effect. Such information provides the basis for the application of AO to microscopy for the observation of plant cells.     

X射线—极紫外光学中的超精密加工及其应用

短波光学技术的发展对高精密超光滑表面提出了严格要求。在X射线—极紫外光学中,光学元件表面粗糙度均方根值必须达到埃量级。制造这样表面的超精加工包括切割、研磨和抛光等工艺过程。本文介绍一种制造X射线望远镜中非球面镜的复制方法。     

准光学衍射反射式毫米波天线远场衍射图的计算

应用天线理论中的电流分布法,首次推导了具有连续位相结构的反射式毫米波衍射天线的远场衍射图计算公式。应用此公式对我们设计的毫米波衍射天线进行了模拟计算,其结果与实测值比较接近。并地模拟计算结果进行了分析     

长焦距大口径连续变焦距光学系统

为了实现对远距离目标的实时跟踪与测量,设计了口径为650 mm,焦距为5 000~2 000 mm的连续变焦距光学系统。提出了牛顿式折反射光学系统与倒置的连续变焦距光学系统组合的设计方法,实现了光瞳的合理匹配与对接。确定了合适的入瞳位置,消除了变焦过程中像面容易产生的鬼像。通过合理匹配主系统和变焦距系统的光焦度,使得二级光谱最小化。运用CODEⅤ软件对各焦距位置的像差进行优化与平衡,使变焦距光学系统在各焦距位置的像差均得到校正与平衡,像面保持严格的一致性,从而各焦距位置成像质量良好。实验显示该系统全视场平均传递函数均在0.524以上（Nyquist频率：35 lp/mm）,满足使用要求。     

红外目标模拟器的光学设计

设计了一种用于红外光电系统性能测试的目标模拟器的光学系统。原理上采用一个无焦系统与后聚焦系统的组合系统,利用Zemax光学设计软件进行优化设计,最终设计结果为工作波段8~12μm,焦距230.599mm,视场12°,入瞳距600mm,入瞳直径100mm。整个光学系统有9个光学透镜,最大口径229.77 mm,光学系统达到衍射极限,全视场MTF均优于0.39,80%的能量集中在23μm的弥散圆内。各项指标都满足设计要求,能很好地应用于红外光电系统的性能测试。     

一种反射／折射／谐衍射三波段混合成像系统设计

综合使用反射/折射/谐衍射光学元件构建混合光学系统,实现可见、中波红外与长波红外三个波段的融合成像。利用卡塞格林系统主镜作为三波段共同通光孔径,次镜实现可见与红外波段分离;采用谐衍射光学元件与舒普曼结构实现一种材料消除红外系统色差;通过二次成像实现红外波段100%冷光阑效率,简化结构,成像质量接近衍射极限。     

含二元光学元件的光学系统成像特性和设计方法

二元光学元件(BOE)用于常规光学系统可以提供附加设计参数和选择光学材料的自由度。本文主要研究了基面为平面或球面的旋转对称BOE的成像特性以及设计制作的方法:用两种等效模型推导了BOE的初级象差,分析了产生差别的物理实质;给出一、三级成像特性与色差公式,编制了程序可解析求解满足初级象差平衡的折/衍混合系统的初始结构参数,用CODE-V校算,结果吻合;给出了生成掩膜的算法,编制了程序,在激光照排机上输出了掩膜图。最后结合可见、紫外、红外波段的3个典型系统设计例子,讨论了二元光学元件在光学系统中应用的场合和限制。     

用于光学相干层析系统的三反射镜光束整形扫描机构的光学设计

为了实现高斯圆斑向平顶线斑的转化,提出了一种用于高斯光束整形的三反射镜光学系统。利用环形面对两个相互垂直方向的光线会聚、发散作用不同,标准球面具有旋转对称性质,以及二次曲面系数、非球面系数可以实现高斯分布转化为平顶分布的原理,采用ZPL语言与自动优化结合的方法完成了系统设计。设计得到了一个方向平顶的矩形光斑以及平顶线斑,整形效果良好,并结合在光学相干层析(OCT)系统中对样品照明或扫描的实际要求,通过小角度(±2°)旋转系统第一个反射镜对所得线斑进行扫描,在扫描角度内可以实现线性扫描(扫描范围约为10mm×11mm)。结果表明,该三反射镜系统满足轻量化、结构紧凑、不受工作波长影响的要求,是一种可行、有效的方案。     

大孔径大视场轻小型星敏感器光学系统

提出了一个大相对孔径、大视场轻小型CCD星敏感器光学系统设计方案,该星敏感器焦距为22.5 mm,F数为1.2,谱段范围470~750 nm,视场角25°。采用双高斯基本型后加一片近乎等晕的正透镜,获得了较大的相对孔径,同时选择高折射率玻璃材料增大视场并降低轴上及轴外光束入射角,高折射率玻璃材料亦能降低高级像差且使系统总长缩短。像质分析表明,此设计方案能够满足使用要求,光学系统总长仅为46.51 mm,满足实际工程轻量化需求。     

光纤密封技术的设计及应用

针对爆炸冲击载荷下光纤的密封问题,提出了对裸光纤进行灌封密封胶的设计方式,并就此进行了静态检漏与动态实验,实际测试了其密封性与光性能,取得了较好的实验结果.     

带校正环的物镜光学设计

利用软件Zemax设计一款可用于盖玻片校正的显微物镜,该物镜采用逆向光路设计,无限远校正系统,其放大倍数为40×,可见光波段,数值孔径为0.6,校正的盖玻片厚度范围为0~1.5mm,管镜配合能满足Ф20mm视场。从镜头专利库ZEBASE中选择合适的镜头作为初始结构,通过设定合理的优化函数优化该镜头,对最后的结果进行成像指标分析,该款物镜能满足使用要求。     

生物显微镜变倍物镜的光学设计

生物显微镜也可以像体视显微镜一样进行连续变倍观察,提出了生物显微镜变倍物镜的光学设计方法,介绍了设计前要求考虑的各项技术指标,以解决物镜像质和结构紧凑之间的矛盾,最终给出了一个变倍比达到10:1的生物显微镜变倍物镜的设计实例.     

三线阵立体测绘相机光学系统设计

三线阵立体相机的光学系统决定了相机的外形尺寸和布局,保证相机的小型化、轻量化及稳定性是十分必要的,针对光学系统设计的指标要求,分析、比较了各种光学系统结构型式,设计了满足测绘要求的像方远心光学系统。设计的光学系统成像质量好,在Nyquist频率77lp/mm时,正视相机全视场的平均传递函数为0.613;前、后视相机全视场的平均传递函数为0.578。装调完成后对光学系统成像质量进行了检测,各相机光学系统传递函数的测试值均在0.451以上,满足对测绘质量的要求。     

谐波齿轮传动多目标优化设计

本文将多目标优化方法应用于谐波齿轮传动设计，建立了谐波齿轮传动多目标优化设计的数学模型；求解该模型，可得到整体最优的结构设计方案，使谐波传动在满足承载能力及强度要求条件下，效率最高、体积最小。文中给出了设计实例。