衍射光学元件杂散光分析的数据结构及鬼像分析

当光学系统中存在衍射元件时,特别是高功率激光光学系统中,由于多级衍射和多次反射的存在,因此系统中将会产生危害性的杂散光和鬼像。提出了一种用于衍射光学元件杂散光分析的树形数据结构,树的每一个结点描述了系统中两个表面之间传输的光束参数,并且根据光路计算结果,动态地开辟内存空间存放杂散光和鬼像的位置、能量等数据。对含1个衍射面和7个常规面的光学系统作了实例计算,表明用这种数据结构可以全面分析系统中的杂散光,给出鬼像位置和估计鬼像能量。当取最高反射次数为4次,衍射级为0到±5级时,运行时间在1s以内,成功地分析了该红外光学系统的鬼像。     

光学系统的热噪声控制

杂散光分析与利用Y、Y图的第一阶段设计一道进行。对于几何成像以及杂散光控制，可同时使系统性能达到最佳，把冷光束放在要害位置上，减少到达探测器的杂散光及热噪声，因此,提高了红外光学系统探测器的性能。     

硬性内窥镜光学系统的杂散光分析与抑制

基于光学系统结构研究了硬性内窥镜光学系统内部杂散光的成因及抑制方法,以提高其成像效果。通过Lighttools软件进行光线追迹,分析了硬性内窥镜光机结构的杂散光;通过杂光路径分析,提出光线在中继系统和物镜组中发生全反射是硬性内窥镜存在杂散光的原因,由此研究了相应的杂散光抑制方法:即调整物镜组结构控制系统中光线传播的路径,并在光学系统优化过程中加入相应的控制条件。最后,采用提出的方法设计了视场角为70°,透镜直径为2.7mm的高成像性能消杂散光硬性关节镜。验证实验显示,研制的硬性内窥镜光学系统在100lp/mm处各视场的调制传递函数(MTF)值均在0.4以上,逼近衍射极限。光线追迹结果表明,在物镜组中消除杂散光可避免光线在棒镜内壁全反射,完全消除杂散光并保证良好的像质。     

白光日冕仪光学系统的杂散光抑制

为满足日冕仪对杂散光抑制的苛刻要求,通过分析日冕仪的工作原理和结构特点,设计了白光日冕仪光学系统,系统观测范围为2.5～15 R⊙,角分辨率为14″,口径为30 mm,焦距为200 mm,系统总长为1 080 mm;其中光学系统长370 mm,37 pl/mm的MTF值＞0.5.分析了直射太阳光、太阳光在外掩体D1边缘的衍射光、视场光阑A1边缘的衍射光、以及物镜组O1各表面多次反射带来的系统杂散光的特点,利用多个光阑互相共轭的空间位置关系,设计了相应的杂散光抑制结构,从而完全抑制了系统的4个主要杂散光光源产生的杂散光,使系统整体杂散光抑制水平达到10-8～10-10 B⊙,满足了日冕仪光学系统对杂散光抑制的要求.     

红外光学系统的热噪声控制

本文阐述了对杂散光的分析与利用以及几何成像杂散光的控制,对如何使系统性能达到最佳,减少到达探测器杂光及光噪声,提高红外光学系统探测器的性能进行探讨。     

光学系统的热噪声控制

杂散光分析与利用Y、Y图的第一阶段设计一道进行.对于几何成像以及杂散光控制,可同时使系统性能达到最佳.把冷光阑放在要害位置上,减少到达探测器的杂散光及热噪声.因此,提高了红外光学系统探测器的性能.     

折反式眼底相机光学系统设计

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48mm工作距离的折反式眼底相机光学系统。设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正。建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路。照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光。成像光学系统可在-10～+10m-1调焦,物方各视场分辨率为33lp/mm,系统畸变小于8.5%;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15%以内。实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求。     

Design of optical system for catadioptric fundus camera

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48 mm工作距离的折反式眼底相机光学系统.设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正.建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路.照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光.成像光学系统可在-10～+10 m-1调焦,物方各视场分辨率为33 lp/mm,系统畸变小于8.5％;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15％以内.实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求.     

透镜系统的镜面反射杂光的计算——鬼像的模拟与分析

杂光是影响光学系统像质的重要因素之一。本文提出了一种计算透镜面反射杂光的方法:近轴近似法与有限光线追迹法的混合应用。介绍了鬼像的模拟与分析软件的功能及结构。最后以实例说明。     

红外光学系统的热噪声控制

本文阐述了对杂散光的分析与利用以及几何成像杂散光的控制，对如何使了佳，减少到达探测器杂光及光噪声，提高红外光学系统探测器性能进行搪塞。     

Development and characterisation of optically superior photoelastic composite materials

Two orthotropic model materials with unidirectional and bidirectional glass fiber reinforcement in polyester resin have been developed for photoelastic analysis and allied applications. Possible effects of heterogeneity of the material on its optical properties have been discussed. It has been observed that the optical inhomogeneity of the material adversely affects the properties desirable for photoelastic analysis. The methods to eliminate optical inhomogeneity have been suggested. Optical characteristics of the model materials have been studied. The materials exhibit better transparency, higher resolution of lines through the material, negligible distortion of a directed beam of light and sharper isochromatic fringes compared to other commonly employed orthotropic model materials. The optical superiority of the material has been attributed primarily to the better matching of refractive indices of the constituent materials which makes the material optically homogeneous. Minimization of entrapped air also contributes to the improvement in properties.     

小型可见光双视场光学系统的研制

基于光学设计基本理论,设计了一种体积小,跟踪范围可以达到整个前半球的可见光双视场光学系统.系统由前部集束系统,中间光路转折系统及后部成像系统3部分组成.集束系统采用望远镜式结构,用于改变光束的口径;光路转折系统采用库德光路,由4片反射镜组成,用于转折光路及扫描;成像系统由长焦成像系统和短焦成像系统组成,分别形成两个视场的像,用于目标识别与跟踪.光学系统焦距分别为60 mm和120 mm,设计传递函数在58 lp/mm处均大于0.5.加工装调后进行了成像试验验证,结果表明,该系统能够同时完成大视场及小视场的图像获取,在可视范围内成像质量满足系统总体要求.     

Grazing incidence spectrograph-monochromator for xuv spectroscopy in the 5-900 A region

A combination grazing incidence spectrograph for photographic recording and scanning monochromator has been realized. The instrument is of a modular concept and all the internal components like the grating, the plateholder, and the scanning exit slit are easily removable. The radius of curvature of the Rowland cylinder can also be easily changed. The entrance beam is always kept fixed in position and direction, allowing the instrument to be permanently aligned with fixed light sources. The vacuum case is mechanically independent from the optical components.     

Fibre-optic two-photon scanning fluorescence microscopy

Two geometries of a novel two‐photon fluorescence microscope incorporating single‐mode fibre optics for the delivery of ultrashort‐pulsed illumination to a remote sample are characterized. First, a 785 nm single‐mode optical fibre is implemented in a scanning microscope, which demonstrates that an improvement in axial resolution is achieved due to the non‐linear response of the fibre to intense ultrashort‐pulsed light. Second, a 785 nm single‐mode optical fibre coupler is adapted, in which case spectral broadening and blue shifting of the ultrashort‐pulsed laser beam caused by the non‐linear response of the fibre to ultrashort‐pulsed illumination are experimentally characterized. An investigation into the impact of temporal broadening of the ultrashort‐pulsed beam on the systems is also considered. The coupling efficiency of both geometries for various illumination wavelengths is also presented. The introduction of the fibre coupler to the system has significant advantages, including an improved optical sectioning effect and a reduction in the number of bulk optical components resulting in a low‐cost, compact instrument. Sets of three‐dimensional images of fluorescent polymer microspheres and biological material confirm these features.     

利用Monte Carlo模拟技术研究OCT图像对比度

建立了光在生物组织中传播的模型,利用MonteCarlo模拟技术快速计算和可移植性的优点,研究了OCT图像对比度与显微物镜数值孔径、焦距深度、时间门参数的关系,并给出它们的关系曲线.通过在所建立的模型基础上加入透镜透过率函数和光学传递函数,弥补了以往程序只能模拟光在生物组织中传播行为的缺点.该模型不仅可以分析生物组织图像与生物光学特性的关系,而且还可以指导OCT结构的完善和创新.模拟结果表明:在构建OCT时,参考臂与样品臂的这两个显微物镜的数值孔径越大,生物组织的采样深度越浅,处理信号的时间门宽度越小(但时间门宽度不能小于激光脉冲时间),混浊生物组织图像对比度越好.     

Apparatus for vectorial Kerr confocal microscopy

We present a confocal microscopy setup that is able to record magneto-optical hysteresis cycles separating the in-plane and out-of-plane magnetization components. This apparatus is based on a modified commercial microscope, where the light beam has been deviated from the cylindrical symmetry axis of the objective lenses by inserting a translating plate in the optical path. The instrument allows for the magneto-optical imaging with a lateral resolution of 600 nm at λ = 635 nm light wavelength.     

光学系统的杂光计算分析

探讨了光学系统杂光分析方法,[提出了鬼像判别依据,在修改小镜面散射理论中几何遮挡因子(Geometrical Masking-shadowing Factor)基础上,抽象出光学系统中表面粗糙度σ_m/λ≥1.0,的表面双向反射分布函数(BRDF)模型,同时应用矢量微扰理论给出表面粗糙度σ_m/λ<<1.0的 BRDF 模型,并编制杂光分析程序     

阵列4×1准直光源关键技术研究

针对4×1透镜模块离线标定位形需要,建立准直光源及模型,应用Talbot效应来检测光束准直度。基于"两点确定一条直线"和"阵列思想"建立起4×1基准线,使4准直光源光轴与4基准线重合,提出阵列4×1准直光源模型。为实现阵列4×1准直光源,构建准直光源光轴位形调整量解析模型,并对准直光源光轴位形调整过程进行规划。     

亚微弧度级激光跟踪转镜装配误差分析

围绕亚微弧度量级激光跟踪转镜的光束指向精度问题,提出空间正交光学系统安装误差的分析方法。基于矢量折射定理的光线追击法,建立棱镜安装误差的归一化数学模型,分析不同安装误差对光束指向精度的影响,实现光束指向误差的定量分析。棱镜Π_1相对y轴的安装倾斜大于0.08″会导致出射光垂直张角ρV误差达到0.21μrad,相对于x轴的安装倾斜大于0.2″会导致水平张角ρH误差达到0.5μrad;棱镜Π_2相对z轴的安装倾斜大于0.2″会导致水平张角ρH误差达到0.22μrad,而棱镜轴承的安装误差对光束指向精度的影响较小。研究结果为高精度光学跟踪系统设计提供了理论依据。