光盘存储光学头的写入特性

本文利用脉冲斑模型,分析在光盘存储过程中,光学系统的各种因素,如光功率起伏,光束高斯参数,物镜数值孔径,系统像差及伺服误差等,对所记录信息斑点的影响,结合读出信噪分析,给出了写入光学头的像差容限和伺服要求。     

基于自准直原理的小视场镜头波像差测试系统

为实现对小视场光学镜头波像差的快速、高精度检测,将自准直原理与斐索型激光球面干涉仪检测波像差原理结合起来,提出一种基于自准直原理的光学镜头波像差检测系统。介绍了斐索型激光球面干涉仪检测波像差的工作原理,并详细论述了基于自准直原理的波像差检测系统的装调及检测方法。结合自准直光路的特点,实现对干涉仪光轴、被测光学镜头光轴以及高精度平面反射镜光轴的精确定轴,从而实现了系统光路的快速装调。实验证明,此系统可有效解决小视场光学镜头在波像差检测过程中的光轴偏斜问题,实现小视场光学镜头波像差快速、准确的检测。     

光盘系统的信噪比、象差容限及伺服误差

采用脉冲响应函数方法,分析光盘存储系统中光学头存在各种象差及伺服误差时,对读出信号信噪比的影响,从而导出了各类光学头的象差容限及伺服要求。     

用CCD测量彩色显像屏特性的光学成像系统设计

本文讨论了彩色显像管色纯漂移，电子束着屏误差，失会聚量测试用的光学成像系统的光路特点、设计原则、放大倍率的选定及光路选型及像差校正方法。     

基于数字算法的超分辨光存储伺服控制的研究

利用传统的相变光盘(CDR/W)驱动器光学头系统,采用基于TMS320VC5409型DSP芯片和XC95144XL型CPLD芯片开发的超分辨光存储系统实验驱动板,引入数字控制算法,实现了光学头的聚焦伺服控制。分析了光学头误差信号产生的原理和光学头机械部分的动静态特性,设计了适合该系统的数字控制算法,达到了静态±0.27μm、动态±1.35μm的控制精度,基本满足了实验系统的需求。     

光学头安装误差对循迹信号的影响

光学头的安装误差导致盘片轨道与光电探测器的切向轴线存在夹角,在光盘标量衍射模型的基础上,引入光学头出瞳上的旋转角度误差参数,根据CD-ROM和DVD-ROM的盘片参数,计算并分析了旋转误差对三光束法和差动相位检测(DPD)法循迹信号的影响。计算结果表明:旋转误差使三光束法循迹信号的幅值近似呈周期性变化,它是在生产过程中需要严格控制的参数以保证循迹信号的幅值最大化;旋转误差在0~25°范围内时,对DPD信号幅值影响较小,在25°~45°时,使DPD信号的幅值降低,大于45°时,使DPD信号的极性发生变化。     

利用消杂散光的偏振光技术提高光学读出红外成像检测灵敏度

在基于刀口滤波技术的光学读出的非制冷红外成像技术中,光学元件的反射会在CCD靶面引入杂光光斑,使得检测到的光强信号中FPA的像所占比例降低,因此降低了光学检测灵敏度。采用偏振光学读出系统,即在光路中添加偏振片、四分之一波片,利用对透过光和反射光的偏振方向有选择的偏振分光棱镜代替原有分光棱镜,用偏振光原理消除光路中光学元件的反射杂散光,使FPA像在CCD靶面接收到的光强中所占比例大幅度增加,进而提高光学检测灵敏度。偏振光路检测实验结果显示,检测灵敏度比非偏光实验提高了约47%,与理论分析值一致。     

横向剪切干涉中非共光路误差的识别与补偿

由于相移式横向剪切干涉不需要标准参考波面,因此它可以缩小干涉腔长、甚至实现绝对的共光路干涉,从而最大程度上降低了空气扰动和振动的影响,但实验室设计的相移式横向剪切干涉测量装置中的分束棱镜、剪切平板和五棱镜的制造误差仍然造成了发生错位的两波面间产生非共光路误差。通过剪切干涉测量装置中调整误差和非共光路误差的对比分析,提出了非共光路误差的计算方法,并在测试结果中进行非共光路误差的补偿。实验结果发现补偿非共光路误差后的面形误差与ZYGO干涉仪的测量结果非常接近。     

消除参考光不同轴对非球面检测影响的研究

非球而与球而相比具有更好的光学性质,应用越来越广泛,但一直受到光学加工和检测技术的限制.用计算全息的方法对非球面进行干涉检测,是目前最成功和最重要的检测方法之一.但在实际检测中会遇到光路调整困难的问题,其中由于光路调整误差,导致由计算全息图(CGH)重现的理想非球面波面与实际待检测非球而波面不同轴足纶常遇到的,限制了该检测方法的使用和推广.文章针对这个问题,研究了在光路调节的过程中存在一定离轴的情况下,通过软件对离轴误差进行修正,模拟计算和实验检测证明该方法可以取得很好的修止效果,大大降低了光路调整的难度,有利于该检测方法的推广.     

DOAS谱线波长配准存在的问题及解决方法

由于系统光学部分的干扰(衍射光栅的不完善和光谱仪散射光)的存在，引起测量谱线的抖动．这将在差分光学吸收光谱(DOAS)谱线信号中产生人为结构，这些结构与污染气体的特征差分吸收区很难区分开，这种噪声的显著特点是在一段时间内是稳定的，因此它的值不能通过通常的时间平均消除掉。然而，当灯光源直接照射接收系统(不通过空气光路)时，灯信号中的人为结构与从实测光路信号谱中的相似结构具有很大的相关性．因此应用实测光路信号除以灯谱信号在很大的程度上消除噪声的影响．但是采用该方法时，若所使用的光源谱线结构起伏较大，对灯谱和信号谱的坐标一致性要求将非常高，否则对吸收光谱的计算会带来更多的影响．本文通过对该问题的研究提出了两种解决方案，通过实验证明可以有效地减小谱线偏移带来的分析误差．     

应用六阶波像差理论的鱼眼镜头系统设计

鱼眼镜头系统具有平面对称、超大视场、大孔径成像等特点,使得其设计十分复杂。波像差理论是研究光学系统的重要手段,由于鱼眼镜头系统具有平面对称的成像特性,赛德尔初级像差和基于轴对称光学系统发展的高阶像差理论不再适用于鱼眼镜头系统的像差分析和设计。介绍了六阶波像差理论,包括六阶本征波像差、五阶像差、衍生波像差及孔径光线二阶精度对波像差的影响,给出六阶波像差理论设计鱼眼镜头系统的流程图,应用六阶波像差理论设计鱼眼镜头前光组,由其前光组与后光组像差平衡设计了后光组。最后得到一成像质量良好的鱼眼镜头系统,该镜头的焦距为5.989 mm,视场角为180°,相对孔径为1/3.2。设计结果表明,该鱼眼镜头系统的调制传递函数（MTF）数值在空间频率为60 lp/mm时均不低于0.56,具有较好的成像质量。     

光轴一致性误差对空间透射式系统像差和质量的影响

应用于空间光学的高精度透射式系统对光学装调有着严格的要求,微小的光轴一致性误差都将严重影响系统质量。介绍了一种通过像差分析和仿真预估指导光轴一致性装调的方法。以应用于空间光学的大口径长焦距透射式镜头为例,计算光轴一致性误差的像差特性。首先给出了光学元件偏心与系统像散、彗差以及球差的关系。然后详细分析了各不同透镜像差贡献的差异,分别计算了各元件偏心和倾斜对系统像散和彗差的影响。利用波前均方根(RMS)和光学传递函数(MTF)作为评价函数,得出各个分离透镜偏心误差对不同像差和系统成像质量的影响权重。最后在实验上对该方法进行验证,光学系统装调后实测结果满足像质要求。该方法能够为实际光学装调提供必要的参考,为高精度透射式光学系统的光轴一致性误差调整提供依据。     

装夹方式及预紧力对透镜像差特性的影响规律

高精度光刻物镜中的光学透镜在自身重力以及装夹预紧力的作用下,面形会发生变化,从而会对光学系统各种像差造成影响。在考虑透镜自重的情况下,研究了镜片夹紧方式及夹紧力对其像差的影响规律。分别在镜片顶面和侧面施加2～6点均布、均匀载荷,且每种加载情况下夹紧力线性增大,通过有限元仿真计算出各种受力情况下的镜面变形;将变形量数据用66项标准Zernike多项式进行拟合,分析载荷均布点数以及载荷力大小对透镜像差的影响。分析结果表明:各种加载工况下透镜像差中的重要影响项皆为平移、离焦、球差和n-foil(n为均布载荷点数);重要影响项所对应Zernike多项式的系数变化与夹紧力变化呈线性关系。分析结果为补偿透镜像差提供了依据,并能指导像差校正的透镜设计。     

激光半主动光学系统设计与可视化检测

激光制导是当今最常用的制导方式之一,激光半主动光学系统性能的优劣直接影响其制导精度。提出了一种激光半主动光学系统像差优化设计方法,通过赋予不同的球差与离焦量实现激光半主动光学系统初始结构设计,通过对非对称像差优化实现光斑均匀化设计,设计并研制了折射式激光半主动光学镜头,光学系统工作波段1064 nm,视场为±9.2°,光斑大小5 mm,能量分布均匀;为解决激光半主动镜头不能单独检测的问题,提出了利用色差特性实现镜头低成本可视化检测的原理,并搭建了激光半主动光学镜头的可视化检测系统。镜头的测试结果表明,光斑大小满足设计要求,低成本可视化检测系统大幅提高了镜头检测效率,并易于工程化,批量化生产。     

使用李代数法计算光学系统的三级象差

借助于李代数和辛映射推导出厚透镜成象系统的Seidel三级象差系数的解析公式。我们证明了这是普遍的表示式,通过选择合适的几何参数可用于分析薄透镜、凹面(或凸面)-平面透镜、球透镜等常用光学成象系统的象差。     

深紫外光刻投影物镜的三维偏振像差

深紫外光刻投影物镜是光刻机的核心部件,然而无论是照明光场偏振态的空间分布,还是光刻投影物镜自身的偏振像差都将改变光束的紧聚焦特性,对成像质量造成不可忽略的影响。基于三维琼斯矩阵,把偏振像差函数推广到三维空间,建立了三维相干光场中偏振像差的评价方法,并分析了典型的偏振敏感光学系统深紫外光刻投影物镜的三维偏振像差,详细阐述了其物理意义。研究发现:三维偏振像差函数的光瞳分布与视场、光学薄膜以及光学系统的自身结构密切相关。深入讨论了光学薄膜及偏振效应对光刻投影物镜成像质量的影响,进一步研究了照明光场的偏振态分布与光学系统波像差的关系,研究表明:光学薄膜引入的附加位相将导致光刻投影物镜的像质明显下降,而采用径向矢量光场照明可以改善成像质量。     

基于谐衍射元件的新型光子晶体光纤熔接机校准系统设计

通过分析光子晶体光纤特殊的单芯、多气孔结构及在熔接中传统校准方法的局限性,研究了光纤熔接机中校准系统结构的关键技术.利用谐衍射透镜体积小,衍射效率、精度高等特点,设计了基于谐衍射透镜的离轴光学校准系统.在可见光单波段成像,不仅有效地消除了系统的色差、彗差,大大提高了衍射效率,而且很好地完成了系统像差校正,通过该系统,准确地得到了清晰的PCF截面图像.比较两端面的PCF图像,再对光纤进行空间坐标的调整,即可实现光子晶体光纤熔接中光纤的精确对准.     

基于空间光通信卡塞格伦天线弊端的探讨

对于任何通信系统而言，天线能否正确发射和接收有效信号是人们最为关心的问题。对于点对点的激光通信系统而言，由于激光与电波迥然不同的特点，在天线系统的设计上更需严格要求。在空间光通信系统中，光学天线是一个物镜系统，通过折射、反射和折射一反射光学系统实现，目前应用比较广泛的是牛顿系统、格林系统以及卡塞格伦系统。讨论了卡塞格伦天线系统．该系统的结构（双反射式）决定了存在遮挡比造成光能量浪费的潜在问题，也就是所谓的渐晕现象。另一个问题是像差，也就是卡塞格伦天线系统要获得良好的像质必须以牺牲视场为代价。基于这两点提出了减小渐晕的几种新方案，并从减小像差上进行了理论分析。     

彩色显像管中主聚焦透镜的研究

在COTY系统中,采用XL透镜来改善会聚性能,减小会聚/聚焦之间的矛盾。XL透镜可以在不损失聚焦性能的前提下缩小束间距提高会聚特性。但是在XL透镜中边束像差比中束大得多,为了进一步降低像差,本文提出在XL电子枪中采用OLF透镜来扩大透镜的孔径,改善分辨率。本文给出了三维计算机程序,对主聚焦透镜进行三维计算,得到了球差系数和其它光学参量。这些数据证实了在新的方案中球差确实被降低,而且会聚特性也得以改善。