轴向梯度折射率材料用于激光束聚焦镜设计

研究了轴向梯度折射率透镜的设计方法,总结了轴向梯度折射率镜头的像差理论,简述它在光学设计软件中的使用。最后把轴向梯度折射率材料用于激光束的聚焦设计。对扩束后12mm,波长1.06μm的激光束,分别设计了单片的普通球面透镜、单片非球面透镜和单片轴向梯度折射率透镜对其进行聚焦。从设计结果来看,轴向梯度折射率透镜像差接近衍射极限,明显好于其他两种透镜。在理想焦点上,三种透镜聚焦的RMS分别为191.75μm,17.69μm和2.42μm。

新型光学元件

介绍了近几年来在光电仪器中开始使用的新型光学元件，它们是衍射元件与衍射折射混合元件，溶胶－ 凝胶法高纯度特殊元件和微光学元件，轴向梯度元件以及玻璃－ 液体组合元件等。介绍了它们的应用和制造方法。这些元件给光学系统设计提供了新的自由度，并大大地简化了系统的结构和减小了系统的尺寸。

轴向梯度折射率TFCCD监视镜头设计

设计了焦距26mm,F2.8的适用于1024×1024pixels,像元15μm×15μm面型硅TFC-CD的工厂车间监视镜头。分别设计了传统的全球面镜头和包含两片轴向梯度折射率材料镜头,轴向梯度折射率监视镜头比原普通全球面镜头减少了两片透镜。经过像质评价,后者像质有所提高。RMS从12.67μm减小到8.86μm;最大视场35 lp/mm处最小MTF从0.18提高到0.43;畸变从-5.21%减小到0.76%。

梯度折射率介质中离轴椭圆厄米高斯光束的传输

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对离轴椭圆厄米高斯光束在梯度折射率介质中传输做了研究,得到了一般的解析传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对离轴椭圆厄米高斯光束传输特性的影响。结果表明:介质梯度折射率对离轴椭圆厄米高斯光束传输性质有影响。

AGRIN混合光学系统设计

轴向梯度折射率(AGRIN)透镜是一种有望用来替代非球面,并在成像时优于非球面的一种方法。综述了AGRIN材料的发展历史,现状及其在镜头设计中的应用,简述AGRIN材料在光学设计中的应用和它与非球面相比的优点,探讨AGRIN材料的制造问题。发现使用AGRIN材料,不仅会使光学系统成像质量有所提高,而且在制造和测试上都有很大的优势。最后以设计一个焦距125 mm、F/4、视场25°,适用于DALSA全帧28M像素大幅面CCD的航测数字相机镜头为例,把原来的11片全球面镜头,利用2片AGRIN透镜,在保持像质不变的情况下减少到8片,而且像质均匀性和镜头结构更加合理。

一种轴向梯度折射率板的高斯光束变换特性分析

本文根据非均匀介质中的近轴光线方程导出了一种轴向梯度折射率板的ABCD传递矩阵。

一种具有Luneburg透镜特性的轴向GRIN介质透镜

本文给出一种轴向GRIN(梯度折射率)介质透镜。这种透镜具有 Luneburg(卢内堡)透镜的特性。它可以使无限远光线锐成象;亦可用于点—点锐成象系统,光准直或光准直—聚焦系统;在微波频谱区域及有声成象、天线设计方面有一定应用价值。

大直径大折射率差轴向梯度折射率玻璃

采用一般商用铅 硅酸盐系列玻璃,按折射率分布从低到高排列成多层堆片,在650～800℃下进行熔融/扩散,形成一种大直径(40mm×40mm×0.5mm)、大轴向梯度折射率(Δn≈±0.4)线性剖面分布的玻璃板。这种材料对光学设计提供了校正像差的附加自由度。

自聚焦共焦光纤传感器轴向分辨率的影响因素

分析和研究了光纤光斑尺寸、透镜的数值孔径、放大倍率、光纤与透镜的匹配及装配等对自聚焦共焦光纤传感轴向分辨率的影响。指出 ,为使系统获得较高的轴向分辨率 ,需控制与光纤光斑尺寸有关的参数 A≤ 3,选用大放大倍率的自聚焦透镜 ,并使透镜的数值孔径小于光纤数值孔径 。

椭圆高斯光束的二维轴对称分数傅里叶变换特性

以椭圆梯度折射率介质作为实现二维轴对称分数傅里叶变换(FRFT)的光学系统,利用分数傅里叶变换与维格纳(Wigner)分布函数旋转等效的性质,推导出了椭圆高斯光束在二维轴对称分数傅里叶变换面上束宽和光强分布的解析表达式,研究了光束光强和束宽随二维轴对称分数傅里叶变换阶数的变化规律,并对数值计算结果进行了分析和讨论。研究表明,光束在二维轴对称分数傅里叶变换出射面上光束光强和束宽分别随各自方向的变换阶数变化;在特定出射面上椭圆高斯光束变为圆高斯光束;若入射面光束束宽w_x小于w_y,在特定出射面上将出现w_x大于w_y。该方法可用于其他光束二维轴对称分数傅里叶变化性质的分析,同时也可直接推广到透镜系统,有望在光束传输、耦合等领域获得实际应用。

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。