双贴合无光焦度校正板在主反射镜前的两镜系统的像差特性

在光学系统中特别是反射系统中经常通过加无光焦度校正板来减少或消除其他元件所产生的像差。讨论了双贴合无光焦度校正板放在主镜前的双反射球面系统，根据像差理论分析了消像差的条件，研究了系统中各种参数的变化对系统高级残余像差的影响。结果表明主镜的相对孔径越大，系统的残余像差增加；正透镜在前的校正板结构优于负透镜在前的结构；选择合适的校正板单透镜的光焦度，可使系统的高级残余像差最小。     

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。     

两镜系统扩速器的研究

本文比较了两镜系统扩束器的四种形式,通过分析得到了用于消球差。慧差和象散的双抛物面扩束器可取任意遮拦比或放大倍率的结论,同时给出了这种系统的畸变系数与遮拦比α之间的关系,并通过实际光线追迹,得到了场曲系数与主镜相对孔径和遮拦比之间的关系,分别说明了α为正和为负两种情况时的光路,及对应的无中心遮拦的离轴系统的情况。     

单一反射镜和两透镜无光焦度校正板的光学系统的像差特性分析

讨论了由单一二次反射镜和放在其后的两透镜无光焦度校正板组成的光学系统的像差特性，根据像差理论分析了消像差的条件，研究了遮拦比和无光焦度校正板单透镜的光焦度对系统性能的影响，并给出了遮拦比和无光焦度校正板单透镜的光焦度的最佳选择范围。     

基于ZEMAX的半导体激光准直镜设计方法研究

针对目前采用单个球面镜压缩激光时存在发散角效果差或者球面镜片数过多的问题,通过ABCD矩阵法从理论上对高斯光束经过单透镜时的传输特性进行了分析,得出了单透镜无法实现半导体激光光束理想准直的结论。提出了一种基于ZEMAX的半导体光源准直镜的设计方案,并给出了设计与优化方法。结合工程中常用的808nm半导体激光器,设计了双片型808nm半导体激光准直镜,并在ZEMAX中使用合适的优化函数和权重对像差进行了校正。通过采用非球面镜获得了较好的准直效果,发散角达到了0．032mrad。该设计使用的镜片数较少,结构简单。     

1.064μm测风激光雷达扩束系统的设计

根据三级像差理论,提出了单片物镜与单片目镜的像差共轭的扩束器设计方法,设计了带有非球面的两片式扩束系统,从设计的结果看出,整个系统的像差被很好地校正.为解决1.064 μm不可见波长扩束系统发散角测试问题,提出了利用线列CCD和示波器结合检验光束发散角的方法,此检验方法简便,容易实现,检测精度高.     

F/1.2大口径非球面反射镜零位检验的补偿器设计

为达到高分辨率以及像面照度要求,大口径非球面反射镜在空间红外系统中被广泛使用.设计了针对口径550 mm、F/1.2非球面的补偿器,基于三级像差理论分析计算了补偿器的初始结构参数.利用ZEMAX软件对补偿器进行了优化设计,最终所得补偿器的设计结果满足非球面检验要求.对补偿器结构参数进行了灵敏度及公差分析,结果表明该补偿器可用于实际加工检验.     

电磁复合场三级几何像差方程的修正与像差系数

本文基于作者提出的“函数逼近的数值迭代概念”，修正了电磁复合场中电子成像系统的三级几何像差方程式，给出了具有更高精度的像差计算公式和用集中参数形式描述的像差系数表达式，为像差的数值计算和电子光学系统的计算机优化设计提供了实用的理论依据。     

大口径半环形高次非球面检测与轻量化分析

为了实现对大口径高次非球面镜的面形精度检测,本文针对一个内径572 mm、外径800 mm的半环形凹高次非球面反射镜,进行补偿检测系统设计和轻量化分析。基于三级像差理论,采用双透镜与单反射面的结构对非球面反射镜进行补偿检测,得到均方根(RMS)值为0.0037λ(λ=632.8 nm)的补偿检测系统。采用三角形孔对高次非球面镜进行轻量化,轻量化后镜体质量小于30 kg,轻量化率为32.7%。结合机械支撑结构,对高次非球面镜与支撑结构在自身重力作用下进行有限元分析。当光轴与重力方向平行时,RMS值为0.012λ。当光轴与重力方向垂直时,RMS值为0.013λ,镜体所受最大应力为1.308×10⁵ Pa,机械支撑结构所受最大应力为1.381×10⁵ Pa,非球面镜和支撑结构所受应力都小于各自材料的极限应力。     

Φ4m口径凹抛物面镜折反零位补偿检验

折反射式零位补偿检验是一种综合了Offner折射式和Maksutov反射式补偿检验优点的凹非球面检验方法,补偿能力强,检测光路紧凑.大口径和大相对孔径非球面检验是制约其加工质量提高的难题,针对口径为4m、偏心率为1、顶点曲率半径为16 m的大口径凹抛物面反射镜,设计了折反射式零位补偿器.基于三级像差理论对补偿器的初始结构进行了规划和计算,采用Zemax软件对初始结构参数进行了优化,得出了补偿器的最终结构,检验光路轴向尺寸约12 m,系统优化后剩余波相差为0.005λ.设计和仿真结果表明,这种折反射式零位补偿器对大口径凹菲球面镜的加工检测是非常有利的.     

非球面光学设计技术综述

非球面光学在工业、国防和商业等领域的应用中具有十分重要的意义。当用非球面设计光学系统时,非球面方程的选用十分重要,决定着系统最佳优化结果。文章介绍了非球面光学技术的发展过程。分析了常用非球面的应用方程,井对非球面应用方程的特点及非球面系数的关系进行了概述,较详细地分析了各类非球面应用方程的适用范围,最后概述了非球面光学在军事、工业等领域的应用以及发展趋势。     

大口径平像场激光扩束器光学系统的研制

研制出系统有效口径Φ=300mm,扩束倍率β=30×,视场2ω=±1mrad,能在λ=0.532μm,0.6328μm,1.064μm三种波长下工作,主波长为λ=0.6328μm的激光扩束器.系统光学材料全部采用德国进口Schott熔石英玻璃,前组物镜焦距F=800mm,且为高次非球面.用干涉仪检测,系统最终面形误差峰谷值优于λ/7,均方值误差优于λ/50.     

无光焦度校正板的在主镜前牛顿光学系统的设计

详细描述了光阑在主反射镜前的无光焦度校正板 - 牛顿光学系统的设计方法.通过移动光阑位置,改变主镜偏心率,选择校正板光焦度,进行光学系统的光线计算,求解出光学系统的最佳选择,并给出各种设计曲线和设计结果,对光学系统进行合理的评价.并以通光口径φ=300,相对孔径A=1/2,视场角θ=±5°,校正板光焦度ψ<,11>=5的牛顿光学系统为例,分析得到系统优化后的像差系数S<,1>=0.000002λ,S<,2>=0.000025λ,0°视场时的波像差为0.3174λ,±5°视场时的波像差为90.9861λ.     

长波红外两档5倍变焦光学系统设计

与连续变焦光学系统相比,两档变焦光学系统具有结构简单、装调容易、透射比高等优点.针对320×240非制冷焦平面阵列探测器,设计了一个长波红外两档变焦光学系统,系统采用切入式变焦方式,在短焦时切入两片透镜实现宽视场,宽视场时全视场角为31.4°,可用于跟踪和搜索目标;窄视场时全视场角为6.44°,可用于捕获和观察目标.通过引入二元面和非球面,大大提高了成像质量,在空间频率111p/mm处,宽视场和窄视场都具有较好的成像质量.