两镜系统扩束器的研究

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．并通过实际光线追这，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．

两镜系统分析

本文根据三级像差理论,讨论了满足系统为会聚光路、系统遮拦比|α|<1两个条件的两镜系统,分析了以消球差S_1=0为初始条件,同时校正其余像差系数S_(II),S_(III)的系统。对在不同非球面系数条件下,主镜、副镜的面形以及比较半径R_1,R_2随遮拦比α和放大率β的变化作了分析,并总结了现有已命名的经典系统。

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。

偏轴两镜系统的设计

用解析方法求出消除中心视场球差、彗差及像散的偏轴两镜系统的结构及面形参数．根据解出的参数进行光线追迹，得到中心视场像斑尺寸在０．２″以内．要改善边缘视场的像质，需要在双曲率面镜上加高次项，并偏离解出的某些参数．对于Ｆ／１１左右的系统，可以得到±０．６°视场边缘有１．５″～１．９″的像斑角尺寸．这种系统的子午与弧矢焦距不等，相差在１％以内．

带有无光焦度校正板两镜系统的三级像差校正

为增强光学系统校正像差的能力或者避免使用非球面,可在两镜系统中引入无光焦度校正板。该类系统中含有7个变数,有利于系统的像差校正,并且无色差。依据三级像差理论、规一化法及近轴公式,对该类系统进行了像差校正的理论分析,得出了各种平衡三级像差的校正条件。并通过一个实例,借助光学设计软件对此进行了验证。带有无光焦度校正板两镜系统的三级像差校正理论分析,对该类光学系统的设计有一定的参考价值。

极紫外投影光刻两镜微缩投影系统的光学设计

极紫外投影光刻(EUVL)两镜微缩投影物镜通常采用Schwarzschild结构和平场结构。本文分析了这两种结构在EUVL不同发展阶段的设计特点,并依据有限距反射系统像差理论,从解析解出发,设计了两套平场两镜系统,分别用于对分辨力为70nm、无遮拦、环形视场扫描曝光系统及目前研制的EUVL32nm技术节点小视场曝光系统的研究。系统设计指标满足极紫外投影光刻要求。

两镜反射系统的初始结构求解方法(英文)

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l2′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。

两轴扫描镜系统的解耦与控制

两轴扫描镜是一个具有复杂非线性的强耦合系统。本文以红外仿真装置中的两轴扫描镜为分析对象，研究它的解耦与控制。测试和应用结果表明系统稳态精度高，动态性能良好。

两镜反射系统自适应装调技术研究

为了满足两镜反射系统对光学元件高精度的装调、定位要求,以及系统工程化应用对可靠性与装调效率的要求,提出了一种基于人工神经网络(ANN)的自适应装调技术。基于矢量波像差理论分析两镜系统波像差与失调量的映射关系,在Keras框架下搭建ANN,并以非解析思路构建了自适应装调模型,开发了自适应装调装置,使失调次镜的平移调校精度优于2μm,倾斜调校精度优于2″,解决了算法设计与精度优化、反射镜组微应力固联等技术难题,并对某双抛无焦系统完成了自适应装调验证。试验结果表明:运用该装调技术,两镜反射系统装调后波像差优于λ/16、装调周期大幅缩短、装配可靠性通过环境试验考核,为该技术的工程化应用打下了基础。

离轴两反无焦系统镜面结构选择及优化

根据非球面离轴两反光学系统的结构特征,利用初级像差理论对其成像特性进行分析,结合不同非球面的面形特征,推导了离轴系统像差的矢量表达式,利用赛德尔系数将系统的初级波像差进行展开,并具体计算了不同非球面面形组合下的系统像差值。确定了离轴两反结构的评价指标后,对不同面形组合的成像质量进行了比较。利用定量比较结果对最优面形选择方法进行分析,结果表明:相比其他镜面组合方式,离轴双抛物面系统的球差、彗差、像散均为0,波前RMS远优于λ/14(λ=0.5876μm),斯托列尔比大于0.8。根据计算结果可知,离轴双抛物面系统结构不仅具有更强的多种初级像差的抑制能力,而且还能有效压缩系统的体积。

Golay3望远镜系统的设计

提出用Golay3稀疏孔径取代望远镜两镜系统中的主镜,以在保证望远镜角分辨率的同时减少系统的质量和体积。首先利用三级像差理论设计了一套两镜系统,其中主镜是球面镜,次镜是双曲面镜。用Golay3稀疏孔径代替主镜,分析了填充因子与子镜半径的关系。然后,通过Zemax程序对系统进行模拟,分析了系统的调制传递函数特性及点列图。最后,在次镜后加入两块熔石英校正镜,并优化校正镜表面曲率半径以及成像工作距离以改进视场。通过Zemax程序模拟发现:系统的截止频率随着主镜填充因子的减小而减小,从F=22.2%的114.5lp/mm到F=15%的97.7lp/mm,再到F=10%的77.8lp/mm;另外,在成像面之前加入校正镜极大地提高了系统的视场,在0.3°视场下,加入校正镜之前的最大像斑半径均方根值是加入后的2.5倍左右。

双贴合无光焦度校正板在双球面镜次镜后的系统的像差特性研究

讨论了双贴合无光焦度校正板放在次镜后的双反射球面系统.根据像差理论分析了消像差的条件,研究了主镜的相对孔径变化、校正板在次镜后的位置变化以及无光焦度校正板的正负透镜的不同组合形式对系统高级残余像差的影响·结果表明:当主镜的相对孔径增加或校正板靠近次镜时,系统的残余像差增加;无论校正板的第一个透镜是正透镜还是负透镜,系统在某一光焦度处残余像差最小,并且靠近次镜的透镜最好采用负透镜·

非相干叠加激光发射系统光学设计

介绍了一种适用于三束激光非相干叠加聚焦的新型激光发射光学系统,工作波长1080nm,全视场角0.6°。系统为离轴两镜反射结构,对三束紧密排列的激光光束进行扩束聚焦,系统主镜为口径303mm的椭球面反射镜,系统像质接近衍射极限,并且可以通过控制次镜轴向位置调焦适应不同目标距离。计算了叠加后的激光光斑的功率密度分布和环围功率曲线,设计在目标距离1000m时叠加光斑半径9 mm内的环围功率大于95%,此激光发射系统结构简单,长径比小,聚焦质量满足使用需求,激光光斑能量得到有效叠加。

光学系统及设计

THT03 95031449全金属反射光学系统结构的有限元分析=Finite el-ement structure analysis of a reflecting opticalsystem with all metal components[刊,中]/马文礼,沈忙作(中科院光电所.四川,成都(610209))∥光电工程.—1994,21(5).

基于离轴自由曲面的激光通信光学天线设计

为了提高空间激光通信系统的工作范围,简化光学系统的结构,提出了基于离轴自由曲面的大视场两镜无焦光学天线的设计形式。该光学天线采用无焦结构,无需再使用准直透镜元件,可以极大地简化系统结构,克服了传统聚焦光学天线体积过大、大功率光源情况下焦点处功率密度过高等问题。首先,基于三级像差理论,推导了两镜无焦系统的消像差公式,并对求解结果进行了分析总结。然后,根据求解结果和实际需求设计了一款无焦光学天线,该系统的有效通光口径为100 mm,放大倍率为5倍,波段为500~1100 nm,全视场角为0.6°,主镜为凹抛物面的一部分,次镜采用XY多项式表征的自由曲面,并用MATLAB对次镜自由曲面面形进行了仿真。结果表明,光学系统全视场的波像差优于λ/14(λ=500 nm),斯托列尔比大于0.8,系统能量集中度较高,像质接近衍射极限,光学视场相对于传统二次曲面系统增加了26.7%。因此,该种天线结构在激光通信领域具有较强的实用性和很好的发展前景。

基于轴向梯度折射率校正镜的折反式光学系统设计

传统的两镜折反式光学系统通常采用两片或多片均匀材料的球面校正镜校正同轴两反系统的剩余像差,为了减少校正镜组镜片数量甚至要引入带有非球面的透镜。采用的单片轴向梯度折射率校正镜即可以校正同轴两反系统的剩余像差,又可以减少校正镜片数。总结了轴向梯度折射率透镜和带有无光焦度校正元件光学系统的初级像差理论,研究了轴向梯度折射率透镜作为两镜折反式光学系统校正镜的设计方法。并且给出了采用单片轴向梯度折射率透镜作为校正镜,焦距为3000 mm,相对孔径为1/8,视场角为1°的两镜折反式光学系统设计。设计结果表明,系统最大视场波前RMS值小于0.07 l,系统弥散圆半径接近艾里斑半径,在50 lp/mm时的传递函数高于0.35,系统的最大畸变小于0.5,最大场曲小于0.2,系统像质接近衍射极限。