用于激光二极管抽运固体激光器热畸变补偿的MEMS微变形镜设计

以MEMS微变形镜驱动方式的选取为出发点,从光学特性和力学特性两方面对MEMS微变形镜进行分析.从中得出相关结构参数对微变形镜性能的影响关系.并在此基础上结合补偿激光二极管抽运固体激光器(DPL)热畸变的使用要求设计了一种新型MEMS连续面型微变形镜,并采用设计的MEMS变形镜搭建了一个闭环自适应光学实验系统,补偿了激光光束的热畸变.实验结果显示该MEMS连续面型微变形镜可对腔内畸变进行有效补偿,同时提高了激光器的输出功率及光束质量.     

新型椭球形窗口零位检测技术研究

椭球形窗口的检测技术严重阻碍其成功应用。首先简要介绍了目前普遍使用的非球面检测技术,并针对椭球形窗口大倾斜、大偏心、深非球面的特点,基于零位补偿检测法原理,设计了一种适合椭球形窗口检测的改进型Offner零位补偿检测系统。检测系统包括补偿镜、场镜和标准球面参考镜,检测系统工作原理为:干涉仪出射平行光线通过补偿镜及场镜产生修正波前,通过椭球形窗口照射到标准球面反射镜,并按原光路返回与参考光线干涉,其干涉结果显示出椭球形窗口的面形偏差。实现了对椭球形窗口的高精度全口径一次检测并给出了完整的设计结果。检测了长径比为1.0,口径为110mm的椭球形窗口,其波前残余波像差均方根值为0.0052λ。设计结果为实际使用提供了一定的参考。     

用于同步辐射的硬X射线相位补偿镜的研究

设计和加工了一台相位补偿的压电变形镜,使用干涉仪离线表征了其压电变形性能,并提出迭代全局优化算法,实现了变形镜对目标面形的快速高精度逼近。结合X射线散斑扫描技术,在光束的聚焦模式下测试了变形镜的在线相位补偿性能和对聚焦光斑尺寸的优化能力,结果显示,初始的43.4μm焦斑尺寸经相位补偿后被压缩到了12.9μm。上述研究为上海同步辐射光源的快速相位补偿提供了可能。     

失调同轴三反消像散系统消彗差补偿

三阶彗差是同轴三反消像散(TMA)光学系统镜面失调产生的主要像差之一。使用矢量像差理论分析了同轴TMA光学系统失调后彗差变化特性,给出了次镜和三镜像差偏移矢量的求解方法及公式,并推导了系统次镜和三镜失调导致的彗差增量系数公式,证明了三镜在X-Y平面内偏心产生的彗差可以通过一个固定比例的次镜偏心量完全补偿,提出了次镜对偏心三镜的消彗差补偿条件、次镜和三镜各自的X-Y平面偏心无彗差条件。计算了同轴TMA光学系统中三镜失调的两个例子,在消彗差补偿条件下,经过次镜主动偏心补偿,全视场均值彗差增量仅为未失调前的0.6%和1.9%,证明了消彗差补偿条件的正确性。     

Cr∶LiSAF飞秒激光器中Gires-Tournois镜的设计

飞秒激光脉冲的产生主要依赖于激光腔内净的负群延迟色散.但是在固体激光器中,增益介质和其它光学元件却引入了正色散,因此需引入相应的色散补偿机制.布儒斯特角棱镜对曾是激光腔中色散补偿的主要办法,但是它在进行群延迟色散补偿的同时还会引入高阶色散,使激光器操作困难并影响激光器的尺寸和重复频率.Gires-Tournois镜是一种新型的色散补偿元件,可以克服这些缺点.本文介绍了Gires-Tournois镜的基本结构,分析了影响Gires-Tournois镜的群延迟时间、群延迟色散和三阶色散的量,给出了Gires-Tournois镜的设计原则并根据Cr∶LiSAF飞秒激光器中的色散补偿要求设计了性能优良的Gires-Tournois镜.该Gires-Tournois镜在750~900 nm的波长范围内具有高于99.9%的反射率和-35±8fs2的群延迟色散.用这样的Gires-Tournois镜经过4次反射后可以补偿3mm的Cr∶LiSAF晶体的绝大部分群延迟色散.     

基于多层膜系传输矩阵理论的双啁啾镜设计与实验

把光在多层膜中传输的矩阵理论应用于双啁啾镜的设计。理论分析结果表明设计的双啁啾镜可以对波长从600 nm到1 100 nm波段范围的色散进行补偿,每次可以实现-100 fs2的色散补偿量,而且双啁啾镜可以有效降低单镜色散补偿中的寄生振荡。用设计制造的双啁啾镜进行了实验测试,用双啁啾镜对畸变脉冲进行色散补偿,实验结果表明:经过两次色散补偿可以将脉冲还原至初始状态,而过量的负色散又将脉冲重新展宽。     

钛宝石激光器中用优化Gires-Tournois镜产生15 fs脉冲

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器脉冲压缩的要求,介绍了负色散镜补偿色散的基本原理及其特点。详细阐述了优化Gires-Tournois(OG-T)镜的设计过程,并通过计算机优化得到理想设计膜系。采用离子束溅射的方法镀制了优化Gires—Tournois镜。测量了优化Gires-Tournois镜(编号为OGT#1)的透射率和群延迟色散,并与设计值进行了比较,分析了实测值产生偏差的原因,从而对镀膜参量进行了相应的调整,制造了第二批优化Gires—Tournois镜(编号为OGT#2)。将优化Gires—Tournois镜用于钛宝石激光器振荡级内,单程5次通过三个优化Gires-Tournois镜,补偿了激光器腔内色散,实现了飞秒锁模脉冲运转。用OGT#1先进行了实验,获得32fs的脉冲和46nin的光谱宽度。用调整参量后的OGT#2进行了实验,获得了15fs的超短脉冲和91nm的光谱宽度。实验很好的验证了负色散镜补偿色散的优点,为国内啁啾镜的研制创造了条件。     

飞秒激光器中超宽带色散补偿啁啾镜对的设计

根据设计目标和制备要求, 以双啁啾作为啁啾镜膜系初始结构设计方法, 详细分析了双啁啾调制系数以及双啁啾层数对啁啾镜反射特性和色散特性的影响, 确立了两者之间的最佳取值组合. 利用分析结果设计了单个啁啾镜, 并实现了啁啾镜的配对设计, 获得了600–1050 nm范围内反射率大于99.5%, 平均群延迟色散-40 fs², 振荡小于± 20 fs²的啁啾镜对, 满足了钛宝石飞秒激光系统的色散补偿要求. 关键词： 超快激光 色散补偿薄膜 双啁啾镜 啁啾镜对     

一种有效的色散补偿镜优化设计方法

介绍了一种有效的色散补偿镜优化设计方法.这种方法将广义模拟退火法和最小二乘法结合起来使用.在色散补偿镜的设计过程中,用双啁啾结构作为初始膜系,发现了一些设计双啁啾结构应注意的规律.这种新的优化方法避免了局部陷阱问题,最终结果也比较令人满意.此外,这种优化设计方法还可以应用于设计啁啾光纤光栅.     

新型折反射式连续变焦系统设计

针对长焦距、折反射式连续变焦望远系统的设计,提出了一种新的光学结构形式.该结构形式将可变光阑放置于球面主反射镜附近,避免了在变焦部分中使用浮动的可变光阑;然后利用二次成像结构和场镜减小变焦组元的径向尺寸,系统变焦部分仅包含变倍组与补偿组,无需前固定组与后固定组,同时无需使用特种光学材料校正二级光谱,极大降低了系统变焦部...     

自适应光学波前校正器技术发展现状

波前校正器是自适应光学系统中的关键部件,相关技术已得到了多年的积累与发展。本文介绍了多种目前常用的波前校正器件,包括分离促动器连续表面变形镜、拼接子镜变形镜、薄膜变形镜、双压电片变形镜、微电子机械系统变形镜以及基于液晶技术的空间光调制器和自适应次镜等,给出了它们的实现方式及其基本工作原理,并从空间校正频率和校正速度等方面对各校正器的性能进行了比较。最后,总结了在新应用的需求下,波前校正器件的技术创新及发展趋势。     

Wavefront formation using modal liquid-crystal correctors

Results of experiments on wavefront formation using multichannel modal correctors in an adaptive optical system with feedback are reported. Two types of correctors, one based on a glass substrate with a high-resistance layer deposited onto it and the other based on a high-permittivity ceramic substrate, are developed and investigated. The results show that it is expedient to use the correctors in applications that do not require a high speed of response.     

Design of Double Cassegrain reflective mirrors for optical system of IR cameras

IR optical systems such as Petzval doublet refractive lenses or Cassegrain reflective mirrors are either expensive or poor in image quality. Taking advantage of the low cost of reflective mirrors, here we present an optical design of Double Cassegrain reflective mirrors consisting of two sets of Cassegrain reflectors facing each other symmetrically. This symmetry also cancels many aberrations besides the chromatic aberration-free nature of reflective mirrors. Design results show that this system is better than Cassegrain reflectors in aberration correction and image resolution, but cheaper than Petzval doublet refractive lenses systems in price. IR cameras with this optical system could be widely used for body temperature measurement and security check.     

The impact of the off-axis for the spatial light to multimode fiber coupling system

The electric field distribution of Gaussian beam and properties of Cassegrain optical antenna are discussed and their images have been simulated. By analysis of Cassegrain optical antenna with collimation and off-axis circumstance, laser power distribution and the curve of coupling efficiency are obtained. The question of spatial light to multimode fiber coupling efficiency with alignment and off-axis are researched. At last, taking into account off-axis situation of Cassegrain and laser beam to multimode fiber, the coupling efficiency of the whole system is discussed. These researches are necessary and useful for increasing spatial light to multimode fiber coupling efficiency.     

Modal liquid crystal wavefront correctors

The results of the development of modal liquid crystal wavefront correctors are reviewed. The modal principle of control is described. Characteristics and examples of application of electrically and optically controlled lenses and multichannel correctors with a tunable response function in different systems are reported.     

复合式无遮拦激光扩束器的设计

为满足大功率激光发射的要求,提出研制一种基于卡塞格林系统的大口径激光发射的复合式无遮拦激光扩束器,消除卡塞格林系统中心遮拦,提高激光发射效率。依据卡塞格林系统原理及其结构特征,结合伽利略折射式扩束器的特点,设计一种发射口径为550 mm的复合式无遮拦激光扩束器,采用反射式扩束器和折射式扩束器结合的方式,在卡塞格林次镜中心开通孔,使中心被遮拦激光透过。后接伽利略式折射扩束器,对中心透过光束进行扩束,两光束共轴发射。对设计的新型复合扩束器进行激光透过率实验,实验结果表明,对于波长10.6μm激光,透过率大于95.21%,比传统卡塞格林扩束器提高22.12%。     

外差探测系统中马卡望远镜离轴使用的研究

鉴于马卡望远镜离轴能够减小因副镜遮挡引起的光能量损失,分析了马卡望远镜离轴使用时,合作目标和非合作目标发射和接收光路的区别。讨论了马卡望远镜在外差探测系统离轴使用时,发射能量提高,但外差效率下降的原因;在合作目标外差探测系统离轴使用时发射能量提高30%以上,外差效率也有很大提高;通过对散射体目标物和平面镜的测量,分别得到了17%和85%的外差效率,验证了马卡望远镜在合作目标外差探测系统中可以离轴使用。     

连续相位变化毫米波衍射天线

基于菲涅尔原理及卡塞格伦天线设计方法,设计了一种口面直径为200 mm的卡赛格伦菲涅耳相位修正平面天线。天线采用连续相位修正方式,由一组同心菲涅耳相位修正圆环组成,与传统卡赛格伦抛物面天线相比,该天线具有平面化结构,大大减小了天线自身重量,天线辐射性能较离散相位衍射天线有大幅度提高。在95 GHz频率下,采用物理光学法进行仿真计算,并采用近场扫描系统进行了天线性能测试,天线3 dB波束宽度分别为0.95及1.05,天线实测增益为44.1 dB,天线口面效率为65%。     

卡塞格林反射系统结构动态优化设计

本文对卡塞格林系统在焦平面上的衍射效应进行了分析,并采用有限元素光线追踪法对衍射效应进行了计算.据此,本文提出了以该衍射效应作为卡塞格林反射系统结构优化设计的目标函数,该方法具有直观和量化的优点.采用该方法对大口径反射系统结构的设计具有一定的实际意义.     

自适应光学波前校正器

报告了自适应光学波前校正器——多元分立式压电变形反射镜和两维高速压电倾斜镜的研究工作。讨论了这两类波前校正器的主要性能及其检测方法等，并给出了若干典型的检测结果。研制的１９单元度形镜已成功用于ＩＣＦ驱动器的波前校正，而２１单元变形镜已成功用于天文观测星体成像校正