光学零件的疵病与维护

各类光学仪器和光学设备,其光学系统都是由不同的光学零件,如:透镜、平面镜、棱镜、分划板等所组成.对这些光学零件必须按照规定的技术要求进行加工和装配.系统中的光学零件必须具有良好的透光(或反光)性能,并应清晰成象.为此,在加工过程中通常在抛光好的光学零件表面上镀有增透膜、增反膜或分光膜,尽量减少光学系统光能量的损失或按要求的透反比进行分光.另外,为保证光学系统矫正象差、光路转折、成正象的要求,经常采用双胶透镜(甚至三胶透镜)、组合棱镜等.这样,还要将光学零件进行胶合.这些加工好的光学零件,在装配、使用、维护过程中,必须保持良好的清洁,防止脱胶、脱膜、发霉和生雾等疵病.为使光学仪器和光学设备经常处于完好的工作状态,这就需要使用光学仪器或设备的人们,对光学零件的光学特性、疵病的产生和维护保养方法有一定的了解,并能正确地进行维护保养,使仪器或设备上的各种光学零件经常保持良好的光学特性.     

空间望远镜次镜六自由度调整机构精密控制

为满足空间望远镜在轨主动光学控制需求,需要精密调整次镜相对于主镜的六自由度位姿,为此,针对6-PSS Stewart平台构型的次镜精密调整机构,设计完成了基于并联机器人关节空间方法的运动控制系统。以DSP和FPGA为核心处理器,编码器为反馈元件,集成电机三相桥为驱动元件,设计完成了次镜六自由度调整机构的运动控制电路。基于次镜调整机构的顶层逆运动学模型和底层连杆控制系统,设计完成了次镜六自由度调整机构的运动控制算法,该方法参数易于调整,利于工程实现,满足空间运动机构高可靠性调整需求。试验结果表明,该运动控制系统能够满足全行程内0.7 m （位移）和3（角度）运动调整精度需求,能够满足空间望远镜主动光学调整任务。     

深紫外投影物镜偏心调整机构的传动比分析(英文)

在深紫外光刻投影物镜的研制中,彗差和像散的补偿主要依靠光学元件的偏心调整机构。分析其工作原理及传动比特性:首先采用速度瞬心法推导传动比理论计算公式;然后建立偏心调整机构的运动学仿真模型,对输入/输出传动比进行模拟分析,并对光学元件沿X、Y向运动的位移特性进行分析;最后,分析机构沿X、Y向分别运动时正交方向的运动耦合误差。结果表明:通过理论计算和运动学仿真分析得到的传动比极其吻合;光学元件中心沿X、Y向的输出位移和驱动器输入位移均呈强线性关系;在驱动器输入位移为100μm时,光学元件沿X向的耦合误差为0.16%,沿Y向的耦合误差为0.497%;在驱动器输入位移为2 000μm时,光学元件X向的耦合误差增大到3.486%,沿Y向的耦合误差增大到9.888%;为后续研究提供了理论依据。     

剩余反射率测量装置

剩余反射率是对光学零件上所镀的增透膜而言的。为了提高光学仪器的成象质量和效率,在光学系统的光学零件表面敷镀上一层或几层适当的光学薄膜,以提高光学零件的透过率。这光学膜层即为增透膜。通常,镀制增透膜后,以剩余反射率来衡量光学薄膜的效果。而剩余反射率测量装置就是为了测量这剩余反射率大小的一种光度测量仪器。     

如何设计性能稳定可靠的光学实验器件

大概到过光学实验室参观和在光学实验室工作的科研人员都会产生这样的感受 :光学实验室更象一个精密机械实验室。事实就是如此 ,以下的两张图片就是一个典型的大型光学系统。从光学仪器的结构特点来看 ,其中光学件可以看做一个特殊的功能元件 ,用来实现光轴的偏折和光束波面的变换。为了实现光学件的空间排列 ,需要用许多框架结构来支承 ,所以一般光学仪器从外形来看主要是金属构架 (或工程塑料 ) ,如显微镜、激光器、照相机等光学仪器。仪器的稳定性是仪器设计的关键所在 ,以前设计一般很少提及该类问题 ,但并不是该类问题已经很好地解决或…     

用位置探测器测量高度

用线性位置探测器很容易测出沿装配线运动的零件的厚度或高度变化。测出狭长的光电探测器长度方向上一束细光束的位移，就可以进行这种一维测量。本文概述了这种测量系统的光学设计原理。     

用于测量光学传感器视场的系统和方法

光学仪器的一个重要特性是该仪器在其视场内的光学响应．虽然两台光学仪器可能是根据同一个技术指标制作的,但是它们可能会有不同的光学响应。因此,对每一台光学仪器都要进行单独的测试,以测得其随视场而变的光学响应。     

分光计的调节难点、调节方法及其迁移应用

作为一种精密的光学测量仪器,分光计的调节难点是如何调整分光计的中心轴和望远镜的光轴垂直。利用自准直原理,将平行光管狭缝的透射像作为辅助标志物,各半调节、逐次逼近,就可以又快又准地达到调节要求。分光计在结构上与诸多光学仪器有相似之处,掌握其调节方法可以为今后使用精密光学仪器打下基础。     

基于刚体运动完备方程的光机热集成分析方法

对于环境载荷恶劣、光学面变形复杂的光机系统,传统光机热集成分析方法的计算误差较大。提出了基于刚体运动完备方程的光机热集成分析方法,利用双立方样条插值法对光学面进行修正,然后建立光学面刚体运动完备方程,采用优化的求解方式分离光学镜面刚体运动,最后采用最小二乘方法求解Zernike多项式系数,实现对光学镜面弹性变形的表征。采用数值案例和工程案例验证了所提方法的有效性和正确性,定量分析了刚体运动方程、镜面修正方法、镜面点阵分布以及面形等关键因素对光机热分析结果的影响,结果表明,所提方法比传统方法更为精确地分离出光学面刚体运动和弹性变形量,且不依赖于光学面的解析方程,镜面变形的复杂程度对分析结果的影响较大。     

光学显微三维测量解耦合准则

光学显微三维测量耦合效应是指沟槽或台阶样品高度测量准确性受横向周期影响产生原理误差的现象。采用卷积不相关原则和有限能量损失原则，分别建立了薄样品和深沟槽样品光学显微三维测量的解耦合模型，揭示了被测样品特征参数与光学仪器表征能力之间的关联关系。与现有W/3准则相比，光学显微三维测量解耦合准则能够客观反映光学仪器表征能力受样品结构差异变化的影响，指示高度测量解耦合评定的示值区域，预见高度测量原理误差产生，为沟槽或台阶样品三维结构表征提供了一种新的计量评定准则。     

一种激光测距机光轴平行性智能检校方法

针对发射光轴的双光楔校正结构,提出了一种激光测距机光轴平行性智能检测校正方法。建立了光轴平行性偏差量与双光楔结构旋转角度之间的数学模型,利用CCD图像传感器和数字图像处理技术得到激光发射光轴与瞄准光轴之间的平行性偏差,依据所建立的数学模型解算出双光楔需要调整的角度值,结合机械校正装置转动相应的角度,实现了激光测距机光轴的校正。该方法同样适合于其他具有双光楔调整结构的光学仪器。     

阵列波导光栅在二维光CDMA系统中的应用研究

分析了二维光CDMA系统及系统中采用的地址码的特点,介绍了阵列波导光栅(AWG)的功能,给出了三种基于AWG的二维光CD MA编解码器的结构及其工作原理。最后以二维光正交码为例,分析了采用AWG编解码器的二维系统的性能.结果表明,AWG编解码器可以实现多波长二维光CDMA系统中地址码的快速编解码功能,使系统容量达到Tbit/s量级。     

Hybrid optical-electrical overlay test structure

This paper describes the exploratory use of electrical test structures to enable the calibration of optical overlay instruments of the type used to monitor semiconductor-device fabrication processes. Such optical instruments are known to be vulnerable to hard-to-determine systematic process- and instrument-specific errors known as shifts. However, these shift errors generally do not affect electrical test-structure measurements extracted from the same features. Thus the opportunity exists to configure physical standards having overlay targets that can be certified by electrical means, thereby enabling estimates of the shifts prevailing in a particular application. In this work, a new hybrid test structure, meaning one from which overlay measurements can be extracted electrically, as well as by optical instruments, has been designed and fabricated with built-in overlay values ranging from -60 to +60 nm. A selection of structures constituting a test chip has been patterned in a single conducting film with CD (critical dimension) design rules ranging from 1.0 μm to 2.0 μm and fabricated and tested. Electrical overlay parameters, derived from multiple step-and-repeat die-site measurements, generally match the corresponding optical measurements to within several nanometers, subject to limitations of the pattern-replication process. This paper focuses on the extraction of overlay from the electrical measurements, the dependence of the measurements on CD design rules, and their comparison with the corresponding measurements made both by a commercial optical-overlay instrument and by a coordinate-measurement system having measurements traceable to absolute dimensional standards. It is presented as a first step toward the use of electrical measurements for advancing shift management in optical overlay of features patterned in separate lithographic processes     

近场光学中成象衬度机制的研究

本文从理论上研究了收集式近场光学显微镜中的成角衬度问题。采用三维时域有限差分法计算了光学近场区域亚波长尺度的电磁场分布。计算表明;利用ｐ偏振光成象可以得到样品的形貌衬度,而利用ｓ偏振光成象可以得到样品形貌的边缘象。该结果为近场光学显同镜中的图像解释及新仪器的开发提供了理论依据。     

一种功率可调的稳定激光光源的实现方法

在光纤通信系统测试中,波长为850 nm、 1310 nm、1490 nm、1550 nm和1625 nm 等的红外激光光源作为信号源具有广泛的应用。该光源需要 具有稳定的输出光功率。通常采用含有衰减片的光 衰减器对其输出光功率进行调节以满足不同场合的测 试与校准需求。通过分析激光器输出功率与 驱动电流的特征曲线,提出了一种在电路上采用压控电 流的方法,实现了稳定光源的输出光功率步进可调(调 节范围为30 dB)。该方法可有效减少光衰减器的使用,缩减测 试系统的仪器数量,提高测试效率,降低测试成本。     

基于谐衍射元件的新型光子晶体光纤熔接机校准系统设计

通过分析光子晶体光纤特殊的单芯、多气孔结构及在熔接中传统校准方法的局限性,研究了光纤熔接机中校准系统结构的关键技术.利用谐衍射透镜体积小,衍射效率、精度高等特点,设计了基于谐衍射透镜的离轴光学校准系统.在可见光单波段成像,不仅有效地消除了系统的色差、彗差,大大提高了衍射效率,而且很好地完成了系统像差校正,通过该系统,准确地得到了清晰的PCF截面图像.比较两端面的PCF图像,再对光纤进行空间坐标的调整,即可实现光子晶体光纤熔接中光纤的精确对准.     

一种基于光纤布拉格光栅的新型多址干扰消除方案

在强度调制、直接探测的光码分多址(CDMA)通信系统中,为了有效克服并发用户数之间的多址干扰,提高系统的通信性能,根据组信息,针对由光正交码(OOC)和修正素数码(MPC)构成的扩时/跳频地址码MPC/OOC,提出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的多址干扰消除方案,并详细分析了采用这种多址干扰消除方案的光CDMA通信系统的性能。结果表明,这种基于光纤布拉格光栅的多址干扰消除方案,可以很好地消除光CDMA通信系统中的多址干扰,提高系统的用户数和误码率性能。     

基于离轴光学系统的水导激光耦合技术研究

在水导激光加工中,聚焦激光与微细水束的耦合对准效果是实现水导激光稳定加工的关键。为了提高水导激光的耦合对准精度,提出了一种新的耦合对准方法,即采用一种双透镜离轴光学系统,系统中一透镜进行轴向移动从而调节束腰轴向位置,另一透镜与喷嘴一起进行径向移动从而调节束腰径向位置。该方法可以有效提高对准装置的分辨率,从而实现高精度的耦合对准。对该方法进行了理论分析,并根据理论分析进行了实验装置的设计。实验结果表明该方法将耦合对准装置的径向分辨率提高了5倍,与预期设计相符。应用该方法成功将激光耦合进入直径100 m的喷嘴中实现水导激光加工,该方法也是离轴光学系统的一个创新应用。     

二维光正交码OCDMA系统编解码器的设计

文章提出了二维光正交码的概念并对其性有进行了分析，重点介绍了二维光正交码光纤延迟线编解码器的设计，并且给出了二维光正交码光纤光栅编码原理。     

基于非厄米和拓扑效应的光场调控机制与光学器件研究进展（特邀）

光的传输与调控是光子集成器件发展的重要基础,光子晶体作为一种新型的光学功能材料,在光操控上有着巨大的潜力。与传统的基于实空间光场叠加原理和倒空间固体能带色散理论的光场调控思想不同,受凝聚态物理中拓扑相概念启发,通过在光子晶体的能带系统研究中引入拓扑相能够提供新颖的光场调控机制和丰富的输运以及光操控性质,如高维度的光场调控等。文中分别从非厄米光子体系和拓扑光子学体系两个方面综述了近年来笔者所在的课题组所取得的研究成果。首先,回顾了光学拓扑研究和光学非厄米研究的背景;其次,介绍了在高阶光子拓扑绝缘体、高阶量子自旋霍尔效应、光子晶体的拓扑场局域以及非厄米体系拓扑光传输等领域的研究进展;最后,对研究结果在相关领域如光量子计算、光通信等的应用发展趋势进行了总结与展望。