共轴对称球面光学系统仿真模型设计

为了优化共轴对称球面光学系统的设计,对共轴对称球面光学系统进行了数字化模型的开发,设计了基于计算机仿真的数学模型。在此基础上运用模块化程序设计思想,设计了仿真模型的模块化结构,利用交互技术解决了实验参数的人机交互,并开发了仿真模型核心模块的程序代码,建立了完整的基于计算机系统的共轴对称球面光学系统仿真模型。该仿真模型实现了系统参数变化时成像效果的动态模拟,可以为优化设计提供仿真。

非轴对称光学系统的彗差计算

本文分析了轮胎面折射的弧矢彗差性质,导出了轮胎面本身产生的彗差的计算公式,和轮胎面对入射光束彗差的放大公式,并分别举了实例.

非轴对称系统中维格纳分布函数的传输规律

基于张量形式的Collins衍射积分公式,导出了维格纳分布函数(WDF)通过一般非轴对称系统的传输公式.结果表明,维格纳分布函数通过非轴对称系统的传输不改变形式,只要通过坐标变换就可以由系统输入面处的WDF求出输出面的WDF.给出了用系统的ABCD矩阵元表示的用于进行此坐标变换的表达式和等价的张量形式的WDF的坐标变换矩阵(WCTM).这些结果在直角坐标中的表示式也被给出并被进一步地讨论.作为应用例,讨论了一个含柱透镜的系统.

矩阵光学中变换矩阵的推导

总结了 5种推导光线变换矩阵的方法 ,并例举了大量实例 ,以供使用时参考。例如 ,光在均匀介质中传输的光线变换矩阵 ,球面反射镜、失调望远镜、猫眼反射器和厚透镜等光学系统的光线变换矩阵。在实际工作中 ,针对不同的情况 。

椭圆平顶高斯光束的聚焦特性

利用级数分解法把椭圆平顶高斯光束 ( EFGB)分解成多个椭圆厄密 -高斯模的叠加形式 ,利用椭圆厄密 -高斯模的传输公式导出了 EFGB通过非轴对称光学系统的传输公式 ,该公式和直接用矢量积分得出的结果是等效的 .利用导出的公式 ,我们计算分析了 EFGB通过轴对称透镜和非轴对称透镜的聚焦特性 .结果表明 ,EFGB聚焦后 ,近场光强分布变化很快 ,特别是焦点前后 ,光强分布会快速旋转 .另外 。

高阶椭圆高斯光束及其传输特性

采用张量方法定义了高阶椭圆高斯光束。偶数阶椭圆高斯光束可展开成厄密 -高斯光束的相干叠加形式 ;奇数阶椭圆高斯光束可展开成厄密 -高斯光束的非相干叠加形式。通过矢量积分导出了高阶椭圆光束经过非轴对称光学系统的传输公式。这个公式在零阶情况下可退化为椭圆高斯光束的传输公式 ,在一维情况下可退化为厄米 -高斯光束经过轴对称光学系统的传输公式 ,进而计算了高阶椭圆光束在自由空间中的传输特性。结果表明 ,高阶椭圆光束的传输特性不同于厄密 -高斯光束和拉盖尔 -高斯光束 。

空间频率域的张量ABCD定律

运用张量分析方法把轴对称系统中的空间频率域的柯林斯公式推广到一般的非轴对称光学系统 ,并推导了在空间频率域中适用于非轴对称光学系统的张量ABCD定律。空间频率域中的柯林斯公式和张量ABCD定律直接给出了像散光束的空间傅里叶频谱的传输规律。它们在处理与空间频谱有关的问题 ,如空间滤波、成像系统的传递函数、复杂像散高斯光束在自由空间的传输等问题时更为简便。