大相对孔径红外变焦距光学系统设计

设计了工作在8~12μm波段的非致冷红外连续变焦光学系统。该系统由4组元5片透镜组成,其中前固定组、变倍组和补偿组均只有1片透镜,后固定组为两片。焦距50~200mm,相对孔径较大,为1∶1。设计过程中编写了适用于二组元变焦系统的ZEMAX宏程序,该程序可给出凸轮曲线的数据和形状,同时使像面位置不受限于高斯光学关系,能够满足某些焦距位置离焦的要求。系统在空间频率为20lp/mm处,各个视场的MTF值均在0.4以上。     

基于ZEMAX的气体光学吸收池的设计与优化

基于光谱吸收法的瓦斯实时监测系统的核心器件是开放式光学吸收池,根据矩阵传输理论和q参数的ABCD法则,设计了由2个相对的C-Lens组成的光学吸收池结构,并在ZEMAX的物理光学模式下实现仿真与优化。由理论分析得到结构的初步参数并在ZEMAX中进行优化,并使用合适的优化操作数对像差进行校正,经过逐步优化得到工作距离为100.39 mm的吸收池结构参数。高斯光束从一端光纤输出的束腰半经为5.2μm,经C-Lens聚焦和准直后,耦合到另一端光纤的束腰半经为5.48μm,该光学吸收池对甲烷近红外激光的耦合效率达到92%。通过实验验证了该光学吸收池的稳定性和高耦合效率,适用于甲烷气体的开放式光学气体传感和在线监测。     

光纤微光开关光能传输特性分析

为了明确光纤光开关的光能传输特性,指导光纤光开关的设计、制造,利用光学设计软件ZEAMX建立了光纤光开关的仿真模型,分析了光纤对准误差对光纤耦合效率和输出光斑能量分布的影响.得出的结论是:纵向距离对耦合效率的影响不大,横向偏移和角度偏移对耦合效率的影响较大;光线经过一个玻璃和空气的界面时有3%的能量被反射;横向偏移和角度偏移将使输出光斑的能量分布不均匀、无规律.     

实用双波段共孔径光学系统设计

针对用于目标定位、威胁告警以及搜索跟踪等方面的双波段共孔径光学系统进行了研究,设计了一款将长波红外与激光相结合的双波段系统;该系统采用折射光学系统形式,在光路中采用分光片进行分光。该系统红外波段传递函数值在25lp/mm时所有视场均大于0.2,在激光波段0.7视场以内弥散圆直径小于0.6 mm,且该系统结构紧凑,既能满足目标搜索在捕获阶段的探测视场比较大的要求,又满足目标识别跟踪阶段的高分辨率要求,具有一定的实用价值。     

可调谐DBR激光器波长锁定光路系统模拟设计

利用ZEMAX软件设计了一套应用于可调谐DBR激光器输波长锁定的光路系统,该系统包括非球面镜、分光镜、法布里-珀罗标准具和消色差双胶合透镜。借助软件中的镀膜模块设计法布里-珀罗标准具的内部结构并表征其透射谱线,通过多重结构模块构建分光系统,然后使用偏振分析模块计算系统总耦合效率和两分支的分光比。优化设计后的光路系统可应用于C波段可调谐DBR激光器20个信道的波长锁定。     

一种石油生产多分相检测新型光纤传感器研究

为解决石油生产多分相检测问题,研制了一种用于多分相检测的新型双接收端光纤传感器(NDR-FOP),利用ZEMAX光线追迹方法构建了双接收端环形耦合光路(DR-RCOP)模型。对通过NDR-FOP锥形敏感头的光线传输轨迹进行了数学描述与仿真分析。基于研究结果,对油气水多相流混相介质中NDR-FOP多分相检测性能进行了评价以及在实验平台上进行了测试研究,仿真与实验结果均表明:油气水介质之间的差特征值形成了明显的间距,NDR-FOP多分相检测是可行和有效的。     

ZEMAX在光学设计外形尺寸计算中的应用

外形尺寸计算是光学系统设计的首要环节,尤其对于复杂的光学系统,外形尺寸计算是否合理直接影响像差的校正与平衡及整个系统的布局.由于光学设计软件ZEMAX中的近轴表面可以模拟理想薄透镜,因此可以根据这一特性来进行光学系统的外形尺寸计算.据此,本文介绍了十倍变焦距光学系统和激光光束整形系统两个典型光学系统的外形尺寸计算,与设计结果相一致.该方法比传统的手工计算法简单、直观,并具有较高的精度.     

紫外-可见光谱水质检测系统的多束LED光纤耦合研究

针对紫外-可见光谱水质检测系统单个LED光源输出功率低、光束质量差的问题,提出了一种多束紫外LED光源与光纤合束耦合的结构设计方案.运用ZEMAX光学分析软件开展了仿真设计研究,针对紫外LED光源与光纤耦合发散角较大的问题,设计了非球面准直透镜,准直后发散角为0.403 mrad;针对光束尺寸与光纤的匹配问题,进行了消色差双分离聚焦耦合透镜的设计.实验结果表明,合束LED光束汇聚的弥散斑的RMS尺寸为186.412 μm,GEO点尺寸为290.071 μm,光束中95％以上的能量集中在300μm以内,实现了多束LED光源与光纤的高效耦合.     

一种对重叠复眼进行简化模拟与分析的新方法

重叠复眼的结构复杂,对其进行模拟与分析十分困难。这直接影响了人工重叠复眼的设计与发展。本文提出了一种对重叠复眼进行简化模拟与分析新的方法,通过对同一个小眼追迹多束相互倾斜的光线来分析不同小眼对感杆束上光强分布的影响,这样避免了在建模过程中大量计算各个小眼的三维坐标,使整个建模过程大大简化。文中利用这种方法在ZEMAX软件中进行了实例模拟,分析结果证明这种方法能够对重叠型复眼进行准确的模拟与分析。     

基于ZEMAX的半导体激光准直仿真设计

为了压缩905nm的半导体激光,以用于远程测距,采用几何光路原理,设计了由两个相互垂直的椭圆柱面透镜组成的准直系统,并在ZEMAX软件的非序列模式下实现仿真。半导体激光器快慢轴的初始发散角为30°和15°,经过柱面透镜后,半导体激光器两个方向的发散角都大大压缩;经准直后,激光束的快慢轴发散角分别为4.4mrad和3.6mrad,基本满足了远程测距的要求。结果表明,椭圆面柱透镜对半导体激光有很好的准直作用。