液晶空间光调制器的波像差校正设计与实现

针对光学系统存在的像差,提出一种基于液晶空间光调制器的波像差校正方法。对于平行光入射情况,采用数字波面移相干涉仪对光学系统的波前进行精确测量,得到畸变波前的矩阵数据;对于有限远物距的成像,采用Zemax软件模拟得到波前的矩阵数据,利用Matlab编写像差拟合程序将共轭波前的矩阵数据绘制成相应的8位BMP格式的灰度图。根据液晶空间光调制器的位相调制原理,将共轭灰度图和调制器自身的波前畸变校正图同时加载于硅基液晶面上,成像分辨率达到1348 LW/PH,高于不加载灰度图的337.8 LW/PH。实验结果表明:通过加载波前数据的共轭灰度图,可有效提高光学系统的成像质量。     

外差接收光路中光偏振态的分析

本文讨论了CO_2激光外差接收光路中光偏振态的变化及其对接收灵敏度的影响,分析了线偏振光方位角对相干混频的影响.文章着重分析了外差光路中常用的光学元件对线偏振光的作用,给出了线偏振光通过光学系统后变化的函数关系式,为光学系统的设计和调整提供了依据.     

Nd∶YVO4激光回馈干涉仪

目前研制的Nd∶YAG激光回馈干涉仪的激光器偏振态易发生变化。与Nd∶YAG晶体相比,Nd∶YVO4晶体输出的单纵模线偏振光更稳定,弛豫振荡的中心频率更高,从而增大移频频率,提高测速精度。因此设计制作了Nd∶YVO4激光回馈干涉仪样机,并采用具有外触发功能的数字相位计,经过激光器功率稳定性实验和比对实验,得到激光回馈干涉仪样机目前的指标:激光器3 h内的功率变动值为1.89%,干涉仪400 mm测量范围内的线性度为7.0625×10-6,标准差为0.936 μm。     

偏振成像技术的进展

介绍了截至2013年偏振成像技术的研究进展。总结了偏振成像技术的主要研究内容。分别介绍了偏振成像技术方案分类,红外偏振成像仪和偏振焦平面探测器,偏振成像试验,以及偏振光线追迹的最新研究进展。     

光电探测器上多组圆环条纹的现象与机理

在开展激光对光电成像系统的干扰实验时,观察到光电探测器上多组圆环条纹并存的现象,并采用对光学系统拆解、测量、建模重构和光线追迹的方法揭示了每一组圆环条纹的产生机理。首先,对实验所用的光学系统进行拆解,测量各个镜片的曲率半径、厚度、通光孔径等几何结构参数,并采用TRACEPRO光线追迹软件建立了该光学系统的理论模型。基于该光学系统模型,追迹大量光线经光学系统传输后在光电探测器上的能量分布,分析每一种能量组分的来源,发现多组圆环条纹的出现是由于不同激光能量组分的干涉效应而产生的,并揭示了产生每组圆环条纹的对应能量组分。文中的研究结果可为激光对光电成像系统的干扰效果评估提供技术支撑。     

激光合成波长纳米测量干涉仪的非线性误差分析

描述了激光合成波长纳米测量干涉仪的测量原理,分析了非线性误差对该干涉仪的影响,得出了由偏振光非正交、椭偏化和光学元件偏振非正交及椭偏化等对该干涉仪造成的非线性误差为偏振态误差的二阶或高阶小量。进行了激光合成波长纳米测量干涉仪和激光外差干涉仪的对比实验,结果表明激光合成波长纳米测量干涉仪的最大误差为2.1nm,优于激光外差干涉仪的最大误差7.5nm,验证了激光合成波长纳米测量干涉仪的优越性。     

径向剪切干涉波面重构的数值模拟分析

径向剪切干涉仪所采集到的干涉图并不直接反映原始待测波面信息,为了获得原始待测波面信息,波面重构是必要的。推导了波面重构的迭代算法,并用Matlab分别对径向剪切中不同迭代次数、不同剪切比的波面重构迭代算法进行了数值模拟,得出以下结论:合适的剪切比可以简化迭代运算,提高运算速度;与小畸变波面重构相比,残差波面PV值达到相同精度时,大畸变波面重构需要更多的迭代次数。待测波面的PV值大于10时,剪切比应在0.7以上,PV值大于6小于10,剪切比在0.5~0.7之间,PV值小于6,剪切比小于0.5。     

激光偏振编码制导中CdTe晶体编码技术研究

针对激光驾束制导系统光束能量调制方式的原理缺陷,讨论了用电光晶体的电光效应实现空间偏振编码的原理.对适于10.μm激光的CdTe晶体的电光效应进行了理论分析,在此基础上设计了基于普科尔效应的空间偏振编码调制器.确定了X,Y,Z轴方向加电场具有相同的效应,采用横向运用方式,使得经过编码器后的线偏振光形成最上方近似右旋圆偏振光到中间的线偏振光再到最下方的左旋圆偏振光的偏振态梯度分布,从而实现对弹的偏振制导.     

折反式望远系统全视场全口径偏振特性研究

针对单根光线追迹方法在部分偏振光条件下无法对系统进行全面评价的问题,基于斯托克斯表示法提出了全视场、全口径光线追迹方法,通过对原有折射与反射穆勒矩阵表达式的优化,建立入射光偏振度、光线角度等参量与出射光偏振度的解析关系;理论分析结果表明,入射角与折射角的差值控制在5.7以内,可以有效减少系统对光线偏振度的影响;依据空间目标成像需求设计了集成微偏振片阵列的偏振成像系统,成像分辨率500 km处为0.5 m;采用动态数据交换机制对光学系统进行全视场、全口径光线追迹,得到系统斯托克斯矢量及偏振度的全视场分布,实现对系统任意视场偏振度的标定,提升偏振探测精度。亦可通过任意视场与中心视场偏振度匹配入射光偏振度,反演目标。     

采用短相干光源的动态斐索干涉仪

为了实现斐索型干涉仪的动态干涉测试,研究了一种采用短相干光源的动态斐索干涉仪。以中心波长为638 nm、带宽为0.1 nm的二极管泵浦固体激光器作为光源,与偏振延迟装置结合得到一对短相干正交线偏振光,通过调节光源模块中两支线偏振光的光程差来匹配斐索干涉腔的长度,从而获取一对光程差为0的相干光束。使用偏振相机采集得到四幅位相依次相差/2的移相干涉图,按照四步移相算法解算相位,恢复待测元件的表面面形。采用光强归一化算法有效地抑制了偏振态误差导致的移相干涉图光强不一致在最终恢复波面中引入的一倍频波纹误差。采用琼斯矢量和琼斯矩阵分析了干涉图对比度与s光和p光光强比值的关系,并分析了1/4波片方位角误差对最终恢复波面的影响。利用该装置和Zygo GPI XP型干涉仪测量了同一块光学平晶,其均方根值相差0.024,峰谷值相差0.026。     

基于电光调制器的全Stokes矢量的遥感测量

在利用光学方法测量参数的技术领域,偏振光的调制和检测具有重大的实用价值.但目前的偏振遥感主要是线偏振参数的测量,不是全Stokes矢量的测量.为实现全矢量图像的测量和显示,需要构建一种应用于遥感测量的全偏振图像采集、存储、计算和显示系统.整个全偏振测量装置的核心是一个包含液晶调制器的双CCD成像装置.系统通过对液晶调制器的控制,对入射光进行相位调制,偏振分光棱镜将调制后的光束分为强度相等的两束光(o光和e光),并由两个CCD进行图像的实时同步采集,最后由数字信号处理器(DSP)进行全Stokes参数的计算并输出结果图像.实验结果表明:全Stokes矢量图像包含更多的图像信息,在目标识别和其他图像测量的应用上将会发挥巨大的作用.     

入射波极化方向对毫米波天线罩瞄准误差的影响分析

当不同极化方向的电磁波入射时,采用射线追迹方法计算了Ka波段线极化单脉冲天线-天线罩系统中天线罩所引入的瞄准误差.给出了天线在空域扫描时天线罩引入的瞄准误差分布图,并总结了其随入射波极化方向变化的规律.结果表明,入射波极化方向改变对天线罩引入的共面瞄准误差不产生影响,对交叉面瞄准误差影响较小,而对偏离方位轴和俯仰轴的扫描位置上的瞄准误差影响较大,且整个扫描空域的瞄准误差分布图随入射波极化方向的旋转而缓慢旋转变化.     

超短脉冲激光系统中空间滤波器透镜的优化设计

在超短脉冲激光系统中,像差的存在会使焦斑能量集中度降低.为了克服系统中像差的影响,提高系统最终功率密度,分析了系统中像差的来源,并利用光线追迹方法模拟了系统光路,计算了全系统的像差,提出并设计了双分离透镜作为末级空间滤波器输出透镜进行全系统像差的补偿.实验表明,利用所设计的双分离透镜,可以有效地补偿系统色差和球差,使系统输出焦斑半径从未补偿前的8.6 μm缩小为5.7 μm,而系统的聚焦功率密度提高了8倍,改善了装置性能.     

非垂直入射HS传感器测量数据的修正

采用变形镜模拟激光镜面热畸变,使变形镜在不同的驱动电压下产生相应的形变,用Hartmann-Shack传感器作为测量仪器,分别以垂直入射法和非垂直入射法测量了变形镜在各驱动电压下的形变数据。对比两种方法测得的波前像差峰谷值(PV值)数据发现,非垂直入射法测得的数据小于垂直入射法测得的真实数据,两者之间的相对偏差随形变量的增大而增大,且与入射角密切有关,随着入射角的增大,相对偏差明显增大。若将非垂直入射法测得的数据除以入射角的余弦对数据进行修正,结果与真实数据吻合很好,波前像差PV值最大相对偏差不到2%。     

非线性介质中的强激光系统自聚焦现象的仿真分析

以强激光系统和自聚焦理论的研究为出发点,主要采用光束传输法和光线追迹法分析了非线性介质下的强激光光束传输过程。并且,基于适合于非线性介质下光线追迹的亚当斯法和基于梯度信息的光强分布的恢复算法,仿真模拟出光强与透镜厚度、介质折射率、透镜曲率半径以及入射光束半径的关系;同时结合光学设计软件,不仅得出了折射率与光强的乘积与焦点位置的变化关系,还通过点列图中的数据直观地反映出系统结果的成像质量,最后对光线追迹法和光束传输法两种光学方法进行了对比分析。仿真分析结果可以判断出系统的哪些部分容易受到自聚焦的影响,进而可以通过改进某些参数的大小,减少并消除其不利影响,找到适合于强激光系统的最优方法。     

双光纤相移点衍射干涉仪装调技术

为了实现对极紫外光刻物镜系统波像差的超高精度检测,引入了双光纤相移点衍射干涉仪,介绍了其工作原理,并对干涉仪的装调方案进行了精密的设计。解决了各个元器件的精确定位问题,保证了进入光纤之前的测试光和参考光严格垂直, 实现了耦合系统与光纤之间最大的耦合效率和干涉条纹最大的条纹对比度, 为最终能够实现极紫外光刻物镜系统波像差的超高精度检测提供了前期准备。装调完毕后,利用实验装置对某一光学系统进行了测量,使用十三步相移算法还原被检光学系统波像差,得到了较好的结果,测试结果为:PV 值为37.82 nm,RMS 值为7.83 nm。     

“猫眼”逆反射器的偏振特性分析

根据矢量场的光线追迹方法和光路的几何关系,推导得出入射高度（归一化）、折射率和逆反发散角之间的变化关系,以逆反发散角最小为目的,得出猫眼逆反射器的最佳设计参数,并利用ZEMAX进行光学设计。基于三维琼斯矩阵法对所设计的猫眼逆反射器进行了偏振光线追迹和偏振特性研究,重点分析了猫眼逆反射器的位相延迟和二向衰减特性及其对光束偏振态的影响,理论计算表明:猫眼逆反射器在出瞳面上的位相延迟最大不超过0.3,二向衰减均低于0.027,且线偏振态入射猫眼逆反射器,出射仍为线偏振态,即偏振方向保持不变。对此,利用FRED对所设计的猫眼逆反射器进行了以水平、45、圆、椭圆偏振态入射的仿真模拟,验证其理论分析的正确性。结果表明:经猫眼逆反射器逆反后的偏振态仍与入射偏振态相同,偏振方向不发生改变,这与理论计算结果相一致,即猫眼逆反射器具有保偏振态不变的效应,这对猫眼逆反射器的推广应用具有重要意义。     

Characterization and theoretical analysis of second-orderintermodulation distortion of InGaAs/InP p-i-n photodiode modules forfiber-optic CATV

InGaAs/InP p-i-n photodiode (PD) modules for fiber-optic analog CATV have been developed. The optical configuration was optimized by making use of a spherical lens aberration. Responsivity and second-order intermodulation distortion (IMD2) were 0.95 A/W and -85 dBc at V_r =12 V, P_in=0 dBm, and m=40%, respectively. The improvement of IMD2 by defocusing was explained by the decrease of incident optical power density calculated by ray tracing. IMD2 was quantitatively explained through the reverse voltage dependence of responsivity which originates from the variation of the p⁺-InGaAs depletion layer thickness     

光线追迹在离轴激光变换系统衍射计算中的应用

将几何光学的空间光线追迹方法与光的衍射理论相结合，通过建立等效近似光学系统，详细研究了一种已经在激光热处理中获得应用的非近轴激光变换系统，得到了与实验观测吻合的结果