机械补偿法变焦距镜头的模块化设计

介绍了采用机械补偿方式的变焦距镜头模块化设计方法。采用该设计方法使得在确定变焦镜头的初始结构时，不但步骤简化，而且操作简单方便。

光学系统计算机辅助装调(CAA)机理的研究

文章对光学系统加工装调中影响象质的各种误差来源进行了分析，并对误差互补的可行性进行计算机模拟。从模拟的结果看，光学元件之间误差具有互补性，它使得计算机辅助装调成为可能。计算机辅助装调的方法步骤在文中作了详细的描述。

共孔径消热差红外双波段光学系统

设计了适用于制冷型320×256中波红外凝视焦平面阵列探测器和320×256长波红外凝视焦平面阵列探测器的共孔径消热差折反射式红外双波段光学系统。该系统在中波3.7~4.8μm,长波7.7~11.7μm,环境温度10~40℃下工作,其焦距为292mm,视场角为1.56°×1.875°,F/#为1.93,满足100%冷光阑效率。设计的系统共用主镜、次镜和准直镜组,利用分光镜实现中波红外、长波红外光谱分光,后接各自的校正镜组校正剩余像差。给出了设计原理、设计过程和工程设计时需考虑的一些因素,通过选择合适的光学材料、机械材料和分配光焦度,实现了两路系统在10~40℃环境温度下具有良好的成像性能。该系统成像质量良好、可加工性好、装配难度小、工程可实施性强。

基于DMD的动态红外场景投影光学系统设计

为了能够在实验室内实物模拟红外成像,降低光电系统的研发成本和提供可重复的实验环境,需要红外场景仿真器。动态红外投影技术是红外成像测试与评估的关键技术,与传统仿真器相比,采用数字微镜器件(DMD)的红外仿真器可以在更大动态范围内进行高速模拟,这种模拟方法空间分辨率和温度分辨率较高,能满足较高的帧频要求,有较好的应用前景。回顾了动态红外场景投影技术及其分类,描述了基于DMD动态红外场景系统的原理。分析了红外光学系统的特点,给出了投影系统的设计参数,系统使用800×600的DMD,工作在长波波段。使用像差平衡理论设计了投影系统的基本结构,为了得到更好的分辨率和成像质量,利用CODEV软件进行了设计优化,并给出了设计结果及其像差曲线,结果表明:设计满足要求。

红外焦平面阵列非均匀性校正的精度分析

介绍了红外图像非均匀性校正的基本方法,并用基于黑体多点线性校正算法对128×128的红外焦平面阵列进行了图像校正,获得了较好的结果.多点线性校正的精度与定标点的选择和其数量有关,所以在得到探测器响应曲线的基础上,对这两个因素的选择进行了分析,并用实际的校正结果对这两个因素对校正精度的影响进行了讨论.结果表明,与理论分析符合的很好.

二元光学元件横向加工误差对衍射效率的影响

横向加工误差包括对准误差和线宽误差,加工误差对衍射效率的影响是二元光学元件研究的重要问题。本文基于标量衍射理论,提出了一种与MATLAB相结合的分层计算方法,重点分析了4阶和8阶二元光学元件横向加工误差和衍射效率的关系。结果表明,控制8阶二元光学元件对准误差,可抑制衍射效率的迅速下降,适当调整线宽能够减小对准误差造成的影响。这些结果对二元光学元件的加工有重要的参考价值。该方法简便且适用性强,可对二元光学元件的加工误差进行准确分析。

中波红外成像无热化光学系统设计

介绍了温度变化对红外光学系统的影响和红外光学系统无热化设计的常用方法。应用CODE-V光学设计软件设计了一个工作于中红外光谱波段的折射式全球面镜无热化光学系统,采用锗、硅和硒化锌3种光学材料,系统镜间材料为铝合金。设计结果表明:在-40℃～+65℃温度范围内,光学系统的成像质量接近衍射极限,且光学系统的出瞳与光栏重合,具有结构简单、体积小、质量轻、成本低等优点,可应用于空间红外光学系统。

微米孔阵列振幅型光子筛的设计和制作

在软X射线波段,各种材料的折射率均接近或小于1,常规的折射光学元件将无法使用,但是可以用光子筛等新型衍射光学元件实现软X射线波段的聚焦、成像和色散.光子筛具有体积小、重量轻、易复制和特殊的光学性能等优点,可以构成微型光机电集成系统(MOEMS),有效提高器件效能,降低成本,在军事、工业和民用等方面,应用市场潜力很大.综述了光子筛的国内外研究进展,介绍了光子筛的成像原理,根据标量衍射理论探讨了低数值孔径振幅光子筛的基本设计方法和制作工艺,给出了光子筛的计算机仿真结果,并且用激光直写方法在镀铬石英基片上刻蚀了特征尺寸为5μm的微米孔阵列光子筛,实验测试了光子筛的成像性能.

实现光学被动热补偿的非制冷红外双焦光学系统

分析讨论了光学系统热补偿设计的几种方式,并基于衍射光学元件特殊的热差特性,将衍射元件应用于非制冷红外双焦光学系统实现光学被动热补偿。ZEMAX光学设计软件分析结果表明,该系统在规定温度范围内成像良好,温度对双焦光学系统的影响不大。

校正激光光束指向漂移的算法研究

为了获得稳定的激光光束,需要对其随机漂移进行校正。以光束传递系统中快速反射镜校正脉冲激光器自身指向漂移的过程为例,采用一种基于移动平均值校正原理的算法,对加载地面抖动前后的校正效果进行了仿真模拟。仿真结果显示,该算法可以使指向漂移经过长距离传输后引入的位置偏移显著降低;校正后的移动平均值相对于校正前的有较大降幅,最优处约降至原来的n-1/2(n为一个窗口内的脉冲数);校正后的移动标准偏差值也明显下降。结果表明,该算法的关键在于提出合适的补偿量,具有实用性,可以实现对激光光束指向漂移的闭环实时校正。

激光投影显示中二次散射散斑抑制方法

在光学投影系统中,激光经各种元件散射后在投影屏上形成一次散射散斑,投影屏对激光的再次散射,经人眼成像后在视网膜上形成二次散射散斑。在激光投影系统的照明系统中,引入位相调制器调制照明光束,可抑制在投影屏平面上的一次散射散斑,和投影屏二次散射后在人眼视网膜上的二次散射散斑。通过简化的投影系统,对二次散射散斑形成和抑制进行了理论分析,获得了二次散射散斑抑制的条件和抑制后散斑衬度的规律,并进行了仿真和实验验证。理论结果表明,在一定条件下,一次散射散斑与二次散射散斑的衬度变化规律相同。对简化模型进行了仿真计算,得到在投影屏上的像面散斑衬度为0.0096,在探测器平面上的二次散射散斑的衬度为0.019,表明位相板调制投影系统照明光束能抑制一次散射散斑和二次散射散斑。对理论和仿真结果进行了实验验证。

衍射光学元件设计参数对杂散光的影响(英文)

衍射光学元件被广泛应用于激光光束整形领域中。然而,在实际测量中常常发现衍射效率实际的测量值与设计值存在较大的偏差,原因之一在于输出的焦斑主瓣以外会产生高级次衍射杂散光。文中从理论上推导了高级次衍射杂散光产生的原因并对具有不同设计参数的衍射光学元件进行了仿真分析。通过研究,定义了一个新的参数,相对周期。它与光波波长成正比,与衍射光学元件的采样单元尺寸以及远场衍射角成反比。结果表明,衍射光学元件的衍射效率只是关于相对周期的函数,而与焦斑主瓣的具体形状无关。随着相对周期的增加,衍射效率随之增大。所以可通过适当选取远场衍射角和采样单元尺寸的参数以调整相对周期的大小,有效抑制高级次衍射杂散光。该参数在衍射元件的设计中具有重要的指导意义。

用于激光光束随机漂移校正的算法研究

在分析移动平均值(MA)校正机理的基础上,本文分别利用补偿量和补偿量的移动平均值作为校正量对激光光束随机偏差进行校正。以光束传递系统中利用快速反射镜校正脉冲激光器自身漂移的过程为例,介绍了利用移动平均值(MA)进行闭环控制的稳定光束的算法,给出了两种校正量的仿真结果,并对比加载地面抖动前后的校正效果。结果表明,基于此原理的算法能很好的校正激光光束随机漂移,最优处可将MA值降至校正前的1/15倍,并且可以实现对光束随机漂移的实时控制,具有实用性。其应用关键在于构造合适的调整量公式。

拼接式全景头盔红外夜视仪系统设计

大视场、轻量化、小型化成像系统是目前各类光电探测设备的发展方向,提出了一种采用4路小口径红外镜头拼接实现全景成像的红外夜视仪设计方案,给出了该全景头盔式红外夜视仪的实现原理。系统由红外物镜系统、图像拼接处理器、OLED微显示器、红外目镜系统组成,确定了全景头盔式红外夜视仪的设计参数,并给出了一个视场可达150°的超大视场红外夜视仪成像系统设计实例。

衍射光学元件的加工工艺及其在各种光谱镜头中的应用

综述了当前衍射光学元件的加工制作工艺方法,包括光刻法、薄膜沉积法、直写法、金刚石车削法、准分子激光加工法、灰阶掩模法和复制法。详细说明了这几种方法加工衍射光学元件的工艺过程,并分析了各种加工方法的优缺点。介绍了衍射光学元件在各种光谱镜头中的应用,分别给出了衍射面在可见光波段、红外波段和紫外波段系统中的具体设计实例。最后得出结论,说明衍射光学元件可以增加设计自由度,简化系统结构,减小体积,减轻质量,改善像差,提高系统成像质量。

工作波长193纳米投影光刻物镜研究设计

介绍工作波长为 1 93nm的投影光刻物镜研究设计 ,对波长、数值孔径和分辨力的选择 ,光学结构型式的确定 ,以及材料和试制加工工艺的考虑 ,然后给出一个数值孔径NA =0 .6 2 ,光学结构为双远心的投影光刻物镜设计结果。

角谱理论用于衍射光学元件数字仿真

本文采用衍射角谱理论对衍射光学元件的光场分布进行数字计算。该理论包括两种表达方式:既可用含有传递函数的等式表达,也可用含有点扩散函数的等式表达。这两种计算方法在本质上是一致的。然而,在MATLAB计算过程中,它们又具有不同的适用条件,通过分析,将它们分为近场算法和远场算法,并且展示了它们的计算实例。结果表明,在标量衍射理论成立的条件下,不改变衍射元件抽样间隔和抽样点数,利用这两种算法能够快速、准确计算不同位置处的衍射图样。该方法对衍射光学元件像面光场分布的精确计算具有重要的意义。

NA1.35投影光刻光学系统偏振像差的优化

为了实现NA1.35投影光刻光学系统高质量成像,在设计过程中除了控制波像差,还需进一步优化光学系统的偏振像差。利用Jones光瞳和物理光瞳表达了NA1.35投影光刻光学系统的偏振像差,并用二向衰减量与延迟量分析了光学系统偏振像差的大小;根据光线入射到不同光学面上最大入射角度的不同,为每个光学面设计相应的膜系以优化光学系统的偏振像差。相比于采用常规膜系,膜系优化后NA1.35投影光刻光学系统的二向衰减量和延迟量分别减小到了0.021 8、0.057 2 rad,即减小了光学系统的偏振像差。利用Prolith光刻仿真软件,分别对采用常规膜系和优化膜系的NA1.35投影光刻光学系统进行曝光性能仿真,结果显示:膜系优化后光学系统的成像对比度提高了4.4%,证明了NA1.35投影光刻光学系统偏振像差优化方法的有效性。

激光显示中声光调制器的非线性实时校正

激光显示中常采用高速宽带声光调制器(AOM)调制激光光强,以此控制图像每个像素的灰度。AOM衍射效率的非线性使显示图像的灰度失真,必须实时校正。为此,提出了一种实时校正的方法:实测AOM调制电压与衍射效率的调制特性数据,通过六阶多项式拟合后再插值的方法建立了校正非线性的查询表;通过查询电路实时查找视频图像中每个像素的灰度对应的调制电压值,从而达到间接校正AOM调制非线性的目的。实验证明了该校正方法的可行性。

非理想照明光瞳对光刻成像质量的影响

通过PROLITH光刻仿真软件研究了非理想照明光瞳对光刻成像质量的影响以及图形位置偏移量对光瞳偏心的敏感度随数值孔径NA和相干因子σ的变化规律。仿真结果表明:在无像差的理想光学系统中,光瞳偏心主要影响图形的位置偏移量,图形的位置偏移量与离焦量成线性关系,直线的斜率随着偏心量的增大而增大。光瞳偏心对H-Vbias和焦深(DOF)的影响较小。光瞳偏心和极不平衡性两者对图形位置偏移量的综合影响是这两者单独引起的图形位置偏移量的叠加。