Transverse-Mode Control of VCSELs With Convex Mirror

We propose the transverse-mode control of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) with a convex mirror. A possibility of improvements on single-mode output power and higher-order mode suppression is presented by optimizing a convex mirror.

基于平凸柱面镜的LIBS光束整形系统设计

为改善激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术激光能量不均匀分布的问题,利用仿真软件对半径为12.5 mm的不同焦距型号的平凸柱面镜进行光路成像模拟,模拟显示满足激光器条件的最佳焦距为100 mm,在此基础上搭建基于LIBS光束的整形系统。实验表明,相比于无平凸柱面镜整形,样品中锶元素的焦斑光强均方差系数平均降低了41.91%,焦斑光强峰谷比系数平均降低了41.27%,而能量均匀度平均提高了17.23%,拟合决定系数由0.860提高到了0.914。结果显示,使用平凸柱面镜可提高光束能量的均匀性,验证了平凸柱面镜是激光光束整形的一种有效方法。

自准直法测量薄凸透镜焦距实验中的干扰像分析

自准直法测薄凸透镜焦距实验中会出现多个干扰像,其中包括凸透镜后表面反射成像.实验发现,通过调控凸透镜和平面镜的位置,可以得到等大倒立的干扰实像,但其亮度明显弱于自准直法成的像.本文通过多次成像过程分析,给出了此干扰像的成像原理.

大口径碳化硅材料凸非球面反射镜的检验

为了实现某大口径碳化硅材料凸非球面反射镜检验,研究了无像差点法以及补偿检验法方案。经过比较优选,确定选用补偿检验方案并专门设计了高精度大口径非球面补偿器,设计精度为PV:0.0082λ,RMS:0.0029λ(λ=632.8nm)。采用会聚光束,使用大口径数字干涉仪进行凸非球面正面检测,最终检测结果为0.022λ(RMS)。所述补偿器的设计方法和要求具有普遍性,设计结果也可用于同类型大口径凸非球面检验用补偿器的设计。采用该方法提高了凸非球面检测精度,并且在凸非球面镜的材料选择、结构设计、支撑方式等方面提供了更多的优化空间,为新型光学材料在凸非球面反射镜的应用奠定了基础。

大口径、离轴凸双曲面反射镜的补偿检验

大口径、大相对孔径凸非球面镜的加工一直都是很困难的。从三级像差理论出发,设计出了离轴凸双曲面反射镜的Null补偿检验系统,克服了采用Hindle球检验口径过大的问题。从设计的结果可以看出,凸双曲面反射镜的像差已经得到了很好的校正,从而使检验变得更加方便。

一种基于凸曲面反射镜的柱面全景图像无缝快速生成系统

全景图像在虚拟场景绘制和监控等领域有着广泛的应用。传统的全景图像生成需要在一个视点拍摄多张、多角度有边界重叠的图像再进行拼接,拍摄要求很高,制作繁琐。本文设计了一种新的全景图像生成系统,在一个视点只需拍摄一张图像,经过变换即可得到360度柱面全景图像。

高斯光束整形为平顶光束的双凸非球面镜的数值模拟与分析

在高斯光束整形为平顶光束的理论基础上,通过数值模拟,具体分析几个特性参数对两个凸非球面镜的子午截面曲线的影响,根据ZEMAX等光学软件对非球面镜子午截面曲线表达式输入要求,拟合得到误差尽可能小的双凸非球面镜系统结构。

子孔径拼接检测凸球面技术研究

为了解决大口径凸球面镜高精度检测问题,建立了子孔径拼接检测数学模型,模型以全局优化算法及最小二乘拟合算法为基础,优化得出被检测镜面全口径面形,并基于该数学模型对一口径φ120 mm凸球面镜完成了拼接检测,检测中共测量5个子孔径。由检测结果可以看出,拼接面形表面光滑连续,无拼接痕迹。为了验证拼接精度,在子孔径检测中另取一用于评价拼接精度的自检验子孔径,完成了对应子孔径的检测,并将拼接结果与自检验子孔径检测结果进行了点对点相减,从而获得残差图,实验结果表明:残差图PV值为0.014λ,RMS值为0.003λ,表明拼接结果的可信性,验证了算法的可靠性与准确性。

利用子孔径拼接法测量大口径凸面反射镜

在简要分析各种检测大口径凸球面方法优缺点的基础上,提出了利用子孔径测量凸面反射镜的新方法,利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对加工过程中的口径为300mm的碳化硅凸面反射镜进行了9个子孔径的拼接干涉测量,并将检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法残差的PV值和RMS值分别为0.102λ和0.009λ(λ=632.8nm)。

非零位凸非球面子孔径拼接检测技术研究

为了实现大口径凸非球面镜的高精度检测,本文研究了凸非球面非零位子孔径拼接检测技术,并建立了一套非零位拼接检测算法模型,模型中分别针对同轴子孔径与离轴子孔径非零位检测时所引入的测试误差进行了建模分析,同时对测试误差剔除、拼接系数求解、全口径面形获得等问题进行了研究。最后,结合工程实例,对一口径为130 mm的凸双曲面进行了拼接检测,分析了该非球面各测试子孔径非零位检测误差形式,同时进行了误差剔除、全口径面形获取等工作。从拼接结果中可以看出,拼接结果光滑、连续、无拼接痕迹。为了进一步验证拼接精度,我们将拼接结果与子孔径检测结果进行对比,引入了自检验子孔径评价方法,计算得到自检验子孔径与拼接结果在自检验子孔径范围内的残差图,二者残差图的PV值与RMS值分别为0.016λ与0.003λ,由上述结果可以得到自检验子孔径的测试结果与拼接结果在自检验子孔径范围内是一致的,从而验证了本文算法的拼接精度。

一种凸非球面反射镜的检验方法

凸非球面的面形检测是光学检验中的一大难题,提出了一种利用半反半透凹面自准单透镜检验凸非球面反射镜的方法。单透镜由凸、凹两个球面构成,凹面为半反半透自准面,使经非球面反射的光线可沿原路返回,从而实现补偿检验。该方法具有结构简单、检测能力强、无中心遮拦等优点。基于三级像差理论推导了检验系统的初始结构计算公式,给出了不同凸非球面反射镜检验系统的关键参数关系曲线。以r03=2000 mm、e^2=-2.4的凸非球面反射镜为例,求解相应初始结构参数,利用Zemax软件优化得到了系统残余波像差小于0.05λ。设计和仿真结果表明所提出的半反半透凹面自准单透镜的检验方法有利于检验各类凸非球面反射镜。

星载大视场短波红外成像光谱仪光学设计

根据大视场短波红外成像光谱仪的要求,考虑到市售探测器的限制,提出了视场分离的方法,分析了视场分离方法的原理.利用此方法设计了一个星载大视场短波红外成像光谱仪光学系统,该系统由11.42°远心离轴三反消像散前置望远系统和2个Offner凸面光栅光谱成像系统组成,运用光学设计软件CODEV和ZEMAX对成像光谱仪光学系统进行了光线追迹和优化,并对设计结果进行了分析,分析结果表明,光学系统在各个谱段的光学传递函数均达到0.7以上,完全满足设计指标要求.

基于PBS的远程火光红外探测系统研究

针对靶场测试与试验中由于枪口火焰信号较小,远距离探测时难以探测的问题,分析了枪口火焰的光谱特性,以PBS红外探测器为核心,设计了一种远程火光信号探测系统。采用平凸镜聚光方式增加系统的远程探测能力,完成了相应的信号采集电路以及信号处理电路,同时对系统采取了一些抗干扰措施,以确保系统的稳定性。通过对鞭炮爆炸时的火光的测试,表明所设计的系统对远程火光具有很强的探测能力,满足靶场试验触发的要求。

大口径凸非球面反射镜子孔径拼接检测

为了获得大口径凸非球面反射镜全口径的面形,提出了利用子孔径拼接检测大口径凸非球面的新方法。利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法的数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对一口径为260 mm的碳化硅凸非球面反射镜进行了9个子孔径的拼接干涉测量,并将拼接检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法测量面形PV值和RMS值的偏差分别为0.043λ和0.021λ(λ=632.8 nm)。

神舟十号太空授课实验中呈现的一种奇妙现象——太空水膜透镜

通过对神舟十号飞船上的"太空水膜-水球演示"的实验观察和理论研究,证明了静止的有一定厚度的圆形太空水膜是一个通常的凸透镜——即水膜的两个表面是部分球面,并提出一种利用太空环境制造透镜的设想.

星载高分辨力、大视场高光谱成像仪光学设计

根据高分辨力、大视场的要求,考虑到市售探测器的限制,提出了视场分离分光的方法,分析了视场分离分光的原理。利用此方法设计了一个星载高分辨力、大视场高光谱成像仪光学系统,该系统由11.42°远心离轴三反消像散(TMA)望远系统和2个Offner凸面光栅光谱成像系统组成,运用光学设计软件CODEV对高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹和优化,并对设计结果进行了分析,分析结果表明,光学系统在各个谱段的光学传递函数均达到0.7以上,完全满足设计指标要求。

一种大相对孔径凸抛物面检验方法的研究

大口径凸非球面检验是非球面镜制造领域的难题之一。结合项目中一块相对孔径F/0.75,口径为332mm凸抛物面副镜的研制实例,在分析传统检验方法优缺点及适用性后,针对性地提出了一种类Offner透射补偿检验的新方法。基于三级像差理论出发求解其初始结构,使用Zemax软件分析与优化,从设计结果上看,此方法补偿精度很高,有效地补偿了非球面的法线像差。用蒙特卡洛方法分析给出公差分配方案,并研制出类Offner透射补偿器,用于凸抛物面镜的面型检验,表明此检验方法是完全可行的。实际加工完成后,用4D干涉仪检测镜面的面形精度达到RMS=0.0183λ优于λ/50(λ=632.8nm)。

《公路用凸面反光镜》标准研究

凸面反光镜对于改善驾驶员视野、缓解低等级公路视距不良等安全问题有重要意义,已经在公路行业得到了较多应用。行业标准《公路用凸面反光镜》填补了我国该产品标准的空白,对于规范产品质量和使用性能有重要意义。从标准来源、编制必要性、编制目的、编制依据和过程、标准的主要内容等方面对该标准的主要技术指标进行阐述和解析,为该标准的实施和行业应用奠定了基础。

对双凹或凹、凸非稳腔共轭像点的探讨

本文从光学理论出发,利用球面镜的成像规律及激光的特性,对高功率激光器中常用的双凹或凹、凸非稳腔的共轭像点位置进行了计算,证明了共轭像点的存在性和惟一性。

《墨经》光学三条阐微

《墨经》是中国古代最辉煌的科学著作 ,从中选择了三条光学经文 ,详细地进行了研究 ;这三条经文讨论两面平面镜的成像、凹面镜成像与凸面镜成像的规律。研究《墨经》对于科学研究及中国先秦科学史研究都具有相当重要的理论价值与现实意义。