大变倍比近红外无焦激光扩束系统

为研究闪电特性,设计了用于闪电实验室场景模拟的大变倍比近红外无焦激光扩束光学系统,用于模拟不同光斑尺寸的闪电单元。根据高斯光学几何法计算系统外形尺寸,合理确定了各组份的口径及光焦度;由ZEMAX软件包优化设计得到系统的光学结构参数,并对系统整体性能进行了分析评价。该系统变倍比为13,出射光束光斑均匀、无衍射环,满足研究闪电信号特性的需求。激光扩束系统的中心工作波长为777.4nm,入射光束直径为1.0mm,入射激光光束在步进电机驱动下连续可调,使得出射光束可从φ0.8mm变化到φ10.6mm。系统具有镜片少,结构简单,变焦轨迹平滑无卡滞等优点,可用于模拟不同尺寸的闪电单元。

多棱镜分光系统的多光束光轴平行度校准

闪电场景模拟系统中需要不同强度分布的光轴平行的多路光束,多棱镜分光系统能够实现平行光束增宽和强度分布调制。为获取彼此平行的多路光束,采用五棱镜扫描法完成等间隔分布的四棱镜分光系统的多光束光轴平行度检测,通过CCD采集返回的与特定光轴位置信息有关的光点光强分布,并编制相关的软件计算质心偏差,为分光棱镜的定位装校提供直观准确的反馈信息,装校装置具有简单方便的特点。装校后的四棱镜分光系统在x、y、z 3个方向上的光轴匹配精度分别小于3′、4′和4.5′,4束平行光的光强之比约为8∶4∶2∶1。进一步提高CCD分辨率和增大成像物镜L的焦距后,光轴的匹配精度可以达到秒量级。

基于正交双向迭代的自由曲面激光光束整形设计(特邀)

激光光束整形技术在现代激光工业领域具有重要作用,为了克服传统激光光束整形自由曲面构造中存在法向矢量偏差的局限性,文中提出一种正交双向迭代的自由曲面设计方法。该方法基于能量守恒和斯涅尔定律建立光源与目标面的能量映射关系,通过正交方向坐标点迭代获得自由曲面数据点,同时利用相邻坐标点的均值进行曲面法向矢量修正,从而提高自由曲面的构造精度。设计实例表明,准直入射的激光光束经自由曲面整形反射镜,在特定目标区域内可形成高均匀度光斑。进一步从自由曲面的连续性、拟合精度与面形误差三个方面,与传统设计方法进行了详细对比分析。结果表明,所提设计方法得到的激光光束整形自由曲面连续性与平滑度更好,拟合精度更高;且在加工误差允许范围内,目标面的辐照度均匀性更稳定。

基于子曲面分割和迭代的自由曲面光线追迹方法

根据光学自由曲面数学描述复杂,但面形较为平滑的特点,提出一种新的基于子曲面分割和迭代的自由曲面光线追迹方法。通过离散点分割形成子曲面阵列,根据三角形内角和定理确定目标子曲面,对目标子曲面进行切平面迭代完成光线追迹。通过数值仿真,采用所提方法分别对偶次非球面、双圆锥曲面、扩展多项式面和单透镜无像散系统进行光线追迹,并与ZEM-AX追迹结果进行比对。结果表明:该方法在离散点采样密度很低的情况下(降低了计算机的内存消耗和运算时间)仍然可以保证光线追迹的精确性,与ZEMAX中光线和自由曲面交点的偏差达到10-3(nm)量级,出射光线角度的偏差达到10-3(")量级。

新时代大学物理课程教学的思考——以南京信息工程大学为例

在新时代中国特色社会主义教育事业中,高校要持续深化教育教学改革。本研究以南京信息工程大学为例,对新时代大学物理课程教学的特点、内容、改革方法进行分析,探讨南京信息工程大学新时代大学物理教学过程中对教学内容和教学方法的改进和优化措施,以提升大学物理课程的教学效果。

紫外宽光谱大相对孔径光学系统设计

现有大部分紫外光学镜头的工作带宽较窄,紫外镜头的材料相对较少,镜头的紫外色差校正困难,导致其应用适应性降低。采用负正透镜交叠分布与类双高斯对称式结构形式,并利用熔石英材料和氟化钙材料本身的宽光谱透过性,设计了一种兼具大相对孔径、宽视场和高分辨率的紫外宽光谱光学系统。该系统的工作波长范围为240 nm~360 nm,紫外工作带宽高达120 nm,所有透镜均采用球面透镜,便于加工和检测。在全视场范围内,以中心波长300 nm为参考波长,系统横向色差最大值不超过1个像素,在截止频率50 lp·mm^(-1)处的调制传递函数值优于0.4,并且各个视场的像点弥散斑半径均方根值均优于10μm。设计结果表明:该紫外宽光谱光学系统的成像性能优良,分辨率高,色差小,满足设计要求。

基于费马原理的三维空间反射定律探讨及其应用

费马原理是阐述光线传播的基本规律,是几何光学的一个重要原理,其核心内涵是光沿着光程为极值的路径进行传播。在几何光学教学过程中,通常分析或求解的光线传播过程及其几何现象是在二维平面内,且仅定性地认识费马原理的物理含义,这会使得学生形成一定程度的思维定式。为增强学生的发散性与创新性思维,提升对费马原理的一般性认识,本文基于费马原理探讨并推导了三维空间的反射定律,并应用于三维空间反射光线位置的计算。

新时代“互联网+”理念下的高校班主任教育引导模式探讨

在中国特色社会主义新时代背景下,高校将"互联网+"思维运用到班主任的学生管理工作中,这种教育引导模式具有高效性、统一性和创造性。教学科研型的青年班主任教师,探讨并阐述新时代"互联网+"理念下的高校班主任教育引导模式,具有重要的现实意义。这种模式能有效地提高班级管理工作的效率,充分发挥学生的主观能动性,促进学生创造力的发展。

结构紧凑型大相对孔径离轴两反自由曲面望远光学系统设计

为了克服现有大部分望远光学系统在机载或星载遥测系统等特殊应用中存在的局限性,基于多优化自由度的光学自由曲面,设计了一个兼容物理结构紧凑、大相对孔径与宽视场的离轴两反自由曲面望远光学系统.该自由曲面望远光学系统具有1/3.75大相对孔径,焦距为300 mm,全视场角为2.8°,整体结构尺寸不超过100 mm×200 mm×300 mm.采用孔径离轴的方式,提高系统的集光能量.利用分视场拓展优化,提升各个视场的成像性能.结合XY多项式自由曲面的多优化自由度,仅用前4阶项,有效地平衡了系统的离轴像差.在探测器空间截止频率50 lp/mm处,系统的调制传递函数优于0.4.各个视场的像点半径均方根值均优于探测器单个像素10μm.设计结果表明,系统整体成像性能优良,同时具有结构紧凑与小型化优势,可用于机载或空间望远光学系统等特定应用的目标遥测中.

基于光子共振隧穿的可见光带通滤波器

基于传输矩阵法(TMM)研究了可见光波与棱镜耦合的多层光学薄膜间的相互作用,实现了一种由于共振隧穿导致的带通滤波器。计算得到了复合结构的透射谱线,重点分析了棱镜间空气层厚度对滤波特性的影响。在横电(TE)波入射下,通过优化计算得到目标颜色对应的几何参数。同反射模式下的颜色滤波器不同的是,结构会透过一种特定的颜色并反射光谱的其余部分。优化后得到了红绿蓝(RGB)三色滤波器优化的结构参数,获得了100%高透射率的光谱输出。红色、绿色、蓝色对应的滤波器谐振波长分别为683 nm、517 nm和444 nm。

基于Zernike多项式和径向基函数的自由曲面重构方法

对于梯度变化较大的光学自由曲面,采用模式化方法对光学面整体重构,其重构精度受到限制,无法满足要求,而且曲面局部特性无法精确表征。针对以上问题提出了基于Zernike多项式和径向基函数的自由曲面重构方法,提高自由曲面的重构精度。将整个自由曲面分解为多个圆形子区域,在各个圆形子域中采用Zernike多项式作为基函数进行曲面局部拟合,然后利用径向基函数形成整个自由曲面。通过数值实验对5种不同类型的曲面进行重构分析,实验结果表明,自由曲面重构精度优于纳米量级,验证了所提重构方法的适应性和高精度,在现代光学系统制造和检测中具有一定的应用前景,同时对自由曲面重构中的一些关键问题进行了讨论分析。

基于自由曲面的离轴两反头戴显示光学系统设计

头戴显示系统在现代教育、医疗和娱乐等领域具有广泛的应用,离轴反射式头戴显示光学系统是头戴显示系统的一种设计形式,既能满足小型化和结构紧凑的需求,又能实现宽光谱成像,无需校正色差;然而,现有离轴反射式头戴显示光学系统的设计难以满足大出瞳直径和小F数相兼容的要求。针对该问题,提出基于光学自由曲面的离轴两反头戴显示光学系统,实现了大出瞳直径和小F数。该自由曲面头戴显示光学系统分别采用双曲率基面自由曲面和XY多项式自由曲面,出瞳直径为10mm,F数为3.0,视场角为28°,出瞳距大于15mm。该系统的成像性能满足要求且优于现有设计结果。

快焦比长焦距日盲紫外光学系统设计

设计了一个具有快焦比长焦距的日盲紫外光学系统。其F数为2.0,焦距为100 mm,总长与焦距之比为1.5。该系统由全球面透镜构成,未采用非球面或衍射光学元件,便于加工和检测。其中,正透镜采用氟化钙材料,负透镜采用熔石英材料,有效地校正了系统色差,最大垂轴色差不超过一个像素大小。设计结果表明,该系统成像性能优良、分辨率高,兼容了快焦比和长焦距的特点,满足设计要求,并且通过公差分析验证了该系统的工程可实现性。