ZEMAX软件在光学理论教学中的应用

本文将光学软件ZEMAX引入课堂,与理论教学有机结合,可将复杂的初级像差、高级像差公式变得更直观,能便捷、精确的得到量化的像差值及像质评价结果,有利于加深学生对抽象、复杂的像差概念的理解,扩大学生的感性认知,激发其学习兴趣并夯实理论基础,改善了教学效果.     

ZEMAX软件在曝光光源设计中的应用

以光学设计软件ZEMAX为依托,结合曝光光源设计思路,并以实例展示设计方法和描述它的实用性,利用ZEMAX计算机辅助设计分析了曝光光源的鬼点。     

PMD和PDL同时存在下偏振复用系统的ICA解复用

针对同时受到偏振模色散（PMD）和偏振相关损耗（PDL）作用的偏振复用系统,在系统接收端采用相干接收方式,利用基于负熵最大化的不动点复数ICA算法（T-CMN算法）对接收到的偏振复用信号进行解复用。仿真结果表明：ICA解复用后的偏振信号的传输质量明显改善,在系统中光信噪比大于20.86 dB时均能保持误码率小于10?9,符合通信系统的传输质量要求。     

无源光器件的偏振相关损耗测量

介绍 偏振相关损耗(PDL)现已成为描述无源光器件特性的一项标准指标.当前主要有两种PDL测量方法:偏振扫描法和四状态法,后者一般也被称作Mueller法.本文将对这两种测量方法进行简要的介绍,概要说明其主要难题和主要的误差来源,并对其在当前无源器件测量中的实际应用进行比较.     

偏振无关光隔离器的偏振相关损耗分析

在波动光学理论基础上,建立了求解光隔离器偏振相关损耗的理论模型,分析了影响光隔离器偏振相关损耗的因素.实际测量结果与理论分析相吻合.     

ZEMAX在多模光纤准直器设计中的应用

利用ZEMAX软件进行多模光纤准直器的设计.在ZEMAX开发环境下建立多模光纤准直器光路系统的理论模型,通过人工优化的方法,设计并制作了可调焦的多模光纤准直器.仿真结果与实际结果相一致,证实了利用ZEMAX进行多模光纤准直器设计的可行性和准确性.利用所建立的模型,分析了各种因素对光纤准直器耦合效率和准直度的影响.     

光纤偏振模色散和偏振相关损耗对超短光脉冲传输的影响

采用琼斯矩阵与随机耦合的波片模型（Monte—Carlo）方法相结合研究了在偏振模色散（PMD）和偏振相关损耗（PDL）共同作用下,超短光脉冲经光纤传输后脉冲被展宽的统计特性。结果表明,通过与偏振模色散的相互作用,偏振相关损耗可以引起光脉冲的压缩效应,同时脉冲展宽和压缩的概率密度分布与光纤偏振模色散及偏振相关损耗的相对数值存在十分密切的关系。在偏振模色散为0．05ps／km^1/2,光纤长度为75km的情况下,当偏振相关损耗均值从0．07dB／km增加到0．49dB／km时,光脉冲被压缩的概率从4．3％增大到92．9％。无论何种情况下,脉冲压缩和展宽的概率密度均可用瑞利-麦克斯韦分布函数进行描述。     

光谱编码型穆勒矩阵测量中的相位延迟量误差分析

光谱编码型穆勒矩阵测量技术具有测量速度快、结构紧凑、低损耗、无移动部件等优点,单次测量可获取穆勒矩阵全部元素.其主要原理是采用一组特定厚度比例的相位延迟片,将样品的穆勒矩阵元素调制到光谱的频率通道上,再通过光谱的傅里叶变换解调出穆勒矩阵.其中相位延迟片的厚度或延迟量误差将导致解调的穆勒矩阵元素产生较大误差.本文通过理论推导得到具有延迟量误差的光强一般表达式,并详细地推导了利用单一样品求解得到延迟量误差的过程;利用单一样品求解延迟量误差可以避免不同样品对初始相位的影响,提高延迟量误差求解精度;还对穆勒矩阵测量中延迟量误差的影响进行了仿真,并实验验证了误差标定以及补偿方法的可行性.     

通道型偏振光谱仪望远镜组偏振效应分析与优化

为了满足高精度偏振探测要求,通道型偏振光谱仪在设计时需要考虑望远镜组偏振效应的影响,并对其进行相应的分析和优化。首先,分析望远镜组偏振效应的影响因素,采用坐标变换和穆勒矩阵连乘法建立了考虑膜系偏振效应的望远镜组穆勒矩阵模型,并带入通道型偏振光谱仪偏振解调模型。接着,通过同时控制S光和P光的透过率和相位延迟,设计相应的低偏振效应膜系。最后,运用偏振光线追迹的方法对镀有不同膜系的望远镜组进行偏振效应仿真。仿真结果表明,在580 nm和750 nm波长处,低偏振效应膜系与高偏振效应膜系的偏振探测精度变化不明显。而在420 nm波长处,低偏振效应膜系相较于常用膜系的边缘视场偏振探测精度提高了3.22%。低偏振效应膜系可以有效降低通道型偏振光谱仪望远镜组偏振效应,提高仪器的偏振探测精度。     

Mueller矩阵用于光栅单色仪的偏振效应分析

本文根据应用Mueller矩阵可分析光学系统偏振响应这一实用方法。以WDG30光栅单色仪为例,详细讨论了Mueller矩阵的测量步骤,给出了误差消除方法,提高了测量精度。     

气溶胶偏振探测仪偏振特性分析

为了确定非理想透镜组偏振效应和偏振片的透过轴角度误差对气溶胶偏振探测仪偏振测量精度的影响,首先,利用Jones矩阵描述透镜组的偏振效应,结合入射光相干矩阵推导了气溶胶偏振探测仪前置光学透镜组的起偏度;其次,利用Mueller矩阵方法推导了综合考虑入射光偏振态、透镜组起偏效应和偏振片透过轴方位角误差影响下的气溶胶偏振探测仪的偏振测量误差;最后,通过计算得到透镜组的起偏度和仪器的绝对偏振度测量误差。根据计算,0.67 μm通道透镜组最大起偏度和仪器最大绝对偏振测量误差分别是0.3143和0.2838;1.64 μm通道透镜组最大起偏度和仪器最大绝对偏振测量误差分别是0.3249和0.2937。结果显示,仪器的主要误差源是非理想透镜组的偏振效应,未经标定的气溶胶偏振测量仪存在严重的测量误差。     

用Fourier分解法测量材料表面的Mueller矩阵

测量系统采用双旋转延迟器结构,通过两个1/4波片的周期变化,对入射光、散射光的偏振态进行调制.由探测光强的25个Fourier分解系数可以计算得到样品的Mueller矩阵.为了检测测量系统的准确性,将测量的16个自由空间Mueller矩阵分量和理想情况下的自由空间Mueller矩阵分量进行比较,并给出了每个矩阵分量的标准误差.最后,通过测量聚四氟乙烯样品板的Mueller矩阵,定量地分析样品的退偏效应.     

基于ZEMAX的半导体激光准直仿真设计

为了压缩905nm的半导体激光,以用于远程测距,采用几何光路原理,设计了由两个相互垂直的椭圆柱面透镜组成的准直系统,并在ZEMAX软件的非序列模式下实现仿真。半导体激光器快慢轴的初始发散角为30°和15°,经过柱面透镜后,半导体激光器两个方向的发散角都大大压缩;经准直后,激光束的快慢轴发散角分别为4.4mrad和3.6mrad,基本满足了远程测距的要求。结果表明,椭圆面柱透镜对半导体激光有很好的准直作用。     

基于ZEMAX的半导体激光器匀光设计

为了满足半导体激光器能量均匀化的应用需求,基于ZEMAX光学设计软件设计了一套光束整形匀光系统。采用非球面镜与倒置柱面镜望远系统的透镜组合对单模半导体激光器进行准直,得到近似高斯圆光斑;在推导了基模高斯强度分布的匀光投影半径的基础上,利用ZEMAX优化得到两个非球面镜组成的匀光透镜组,在一定范围内可获得能量均匀度达96%以上的圆光斑。同时,实现了一个大功率半导体激光器光纤耦合模块的能量匀化设计,满足对能量匀化要求较高的应用。结果表明,该研究为半导体激光器能量均匀化的应用提供了有效方法。     

相位延迟器复合旋光器技术及其应用

提出了一种将相位延迟器复合为旋光器的技术,利用米勒矩阵对其原理与应用进行了分析。相位延迟器复合为旋光器时,将相位延迟器置于两块1/4波片之间,使两块1/4波片的快轴相互垂直且与相位延迟器的快轴分别成±45°角。利用相位延迟器复合为旋光器技术,可以将相位调制器转换为偏振方向调制器。实验验证了相位延迟器复合为旋光器和相位调制器转换为偏振方向调制器的可行性。     

铝板的偏振反射Mueller矩阵实验研究

物质材料例如涂层、金属、电介质等有其各自的偏振特性。Stokes参量或是Mueller矩阵表示了偏振量化信息与材料性质的关系。介绍了Mueller矩阵测量方法,使用He-Ne（入=632.8 nm）激光器经过起偏器产生的偏振光照射在铝样品上,并经偏振分析光学系统,获取样品Mueller矩阵元素测量图像数据。在给出延迟器校正结果的前提下,使用64个偏振测量图像,并采用最小二乘法减小误差,给出了铝板样品的偏振反射Mueller矩阵,比较分析了水平/垂直、 / 和左旋/右旋圆偏振分量随样品转角变化时的退偏特性曲线。结果表明,铝板的圆偏光与线偏光的退偏度显著,为使用圆偏振实现探测提供可能性。     

基于ZEMAX的气体光学吸收池的设计与优化

基于光谱吸收法的瓦斯实时监测系统的核心器件是开放式光学吸收池,根据矩阵传输理论和q参数的ABCD法则,设计了由2个相对的C-Lens组成的光学吸收池结构,并在ZEMAX的物理光学模式下实现仿真与优化。由理论分析得到结构的初步参数并在ZEMAX中进行优化,并使用合适的优化操作数对像差进行校正,经过逐步优化得到工作距离为100.39 mm的吸收池结构参数。高斯光束从一端光纤输出的束腰半经为5.2?m,经C-Lens聚焦和准直后,耦合到另一端光纤的束腰半经为5.48?m,该光学吸收池对甲烷近红外激光的耦合效率达到92%。通过实验验证了该光学吸收池的稳定性和高耦合效率,适用于甲烷气体的开放式光学气体传感和在线监测。