光路自动准直中的全自动化控制算法

基于光路准直的基本原理,借助反射镜伺服系统的精密调节和计算机的自动控制,提出了全新的光路自动准直控制算法。在此基础上,建立了光路自动准直单元,编制了控制程序,对光路自动准直算法进行了实验验证。结果表明,采用该算法的光路自动准直单元完全实现了光路的自动准直,具有良好的通用性。提出了几种提高光路自动准直效率的方法。     

基于像散曲面微透镜的半导体激光准直研究

为了实现半导体激光器的光束准直,分析了半导体激光器光束沿快、慢轴方向的准直原理。采用单个半导体激光器作为被准直单元,提出了基于像散曲面微透镜的半导体激光器光束准直方法。讨论了半导体激光器填充因子对像散曲面微透镜准直性能的影响。对填充因子0.5的半导体激光器进行模拟验证。准直后,快轴方向剩余发散角约为0.34,慢轴方向剩余发散角约为2.69。结果表明,像散曲面微透镜不但可以对高填充因子的半导体激光器光束进行准直,而且准直后出射光斑面积小。该研究为高功率半导体激光器堆栈光束的准直提供了可行性方案。     

基于衍射对称性的多程光路腔镜准直算法

腔镜准直是多程放大光路准直中的基础,针对高功率固体激光装置多束组并行准直对腔镜准直的要求,提出一套基于衍射对称性的腔镜准直算法,可以避免腔镜准直受到图像质量的影响而导致精度偏低。在神光Ⅲ主机装置上进行了该腔镜准直算法的实验验证,实验结果表明,相对于传统算法,采用基于衍射对称性的腔镜准直算法,可以将腔镜准直精度由8μrad提升至3.96μrad。     

激光聚变装置光束自动准直系统的研究进展

光束自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置,研究了光束自动准直的原理和关键技术,介绍了国外光束自动准直系统的发展状况,展望了高功率激光装置自动准直系统的未来发展趋势。     

高功率准分子激光MOPA系统中的三路激光准直技术研究

光束自动准直是大型激光装置中的重要组成部分。以准分子(XeCl)激光主振荡功率放大(MOPA)系统中一个典型的像传递单元为例,着重介绍了准直基准的建立、3路激光自动准直的原理、电荷耦合元件(CCD)图像采集与分析处理。通过实验验证,该准直单元准直效率高,准直精度能够满足MPOA系统的光束准直要求。     

用粒子群算法设计非球面准直透镜的方法

提出了一种用于LED准直照明的非球面透镜设计方法,该方法产生于对非球面几何光学特性分析和粒子群优化算法优越的寻优能力。用该方法设计了一个基于点光源准直的出光口径30 mm的非球面透镜,为了证明准直透镜的准直效果,用光线追迹方法模拟了准直透镜对于点光源的准直过程。模拟结果显示,点光源经准直透镜后出射光线的最大半视场角为0.004 60,0.8 mm0.8 mm LED光源经准直透镜后出射光线的最大半视场角为4.91,表明了粒子群算法用于非球面准直透镜设计的可行性和有效性。与现有的设计方法相比,该设计方法意义更直观,实施更简单。     

光路自动准直中腔镜及反射镜控制算法

激光装置光路准直系统通过多块腔镜及反射镜的角度调整,使光路的指向和位置达到物理指标要求。为提高远近场光路准直的效率,减少电机调整次数,提出一套准直算法,腔镜准直使用正圆调整算法,反射镜准直将关联系数矩阵由传统的2维改进为4维。通过准直光学实验平台,验证了该算法收敛速度快,电机调整步数更精确,移动次数更少,小于3次就满足准直精密度要求。     

大气探测激光雷达自动准直方法综述

大气探测激光雷达工作之前,首先要调整发射激光束与接收望远镜光轴的平行（又称准直或对光）,使得接收到正确的回波信号。准直过程一般分为手动和自动两种,手动准直费时费力,有一定的随机和任意性,难以定量评估。因此,高精度、高效率激光雷达自动准直系统的研制是提高激光雷达自动化程度和确保正确探测数据的有效手段。介绍了大气探测激光雷达的工作原理,自动准直方法研究的重要性;综述了大气探测激光雷达自动准直方法,其中着重介绍了激光雷达发射激光的扫描方法和自动准直结果的判定方法,最后比较了不同自动准直方法的优缺点。     

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.     

基于双焦距微透镜的半导体激光束准直的研究

针对半导体激光器光束的准直,从分析光束本征像散的角度出发,给出利用单个双焦距微透镜准直LD光束的方法;理论分析和ZEMAX模拟表明在快慢轴两个方向均为双曲面轮廓的双圆锥曲面透镜能实现对光束快慢轴的同时准直;利用光刻胶热熔融法制作了具有双焦距的椭圆形微透镜,并进行了半导体激光器光束的准直实验,测量光束准直前后的发散角,结果表明双焦距微透镜可以实现准直。     

大口径大视场校正镜组支撑与装配方法综述

校正镜组是大口径大视场望远镜的核心组件。为了满足透镜面形和成像质量等光学设计要求,透镜支撑结构的设计与安装对准方式的选择尤为重要。本文详细介绍三种透镜支撑结构,压圈隔圈支撑、RTV弹性体支撑和柔性结构支撑,并对三种支撑方式优缺点进行比较。结合实例总结了校正镜组的安装对准方式,对大口径大视场望远镜校正镜组的支撑结构设计及安装方式确定具有非常好的借鉴意义。     

Compound Fresnel Zone Lens Conformal to Truncated Cone: Antenna Application

A millimeter wave antenna consisting of two Fresnel zone plate lenses, plane and conical, is examined numerically by use of the vector diffraction theory. The lenses are of Wood-Wiltse (double-dielectric) or Soret (half-open) type, and are designed for the frequency of 117 GHz. The lenses are made conformal to a truncated circular cone with a base diameter of 500 mm and a plateau diameter of 250 mm. Designs for two opening semi-angles, 45° and 75° each of them with a particular lens thickness are presented. For the angle of 90° the cone lens becomes a plane ring lens, which in combination with the plateau zone lens forms a plane lens of size equal to the cone base diameter. Illuminated by directive feeds set at a focal distance of 525 mm from the cone apex, the double-dielectric and half-open compound and plane lenses, form three pairs of Fresnel zone lens antennas, the co-polar and cross-polar radiation characteristics of which have been compared numerically. The double-dielectric lens antennas examined are about 5 dB superior in gain to the half-open lens antennas, which has a gain of approximately 45 dBi. Because all lenses are of equal transverse aperture, the corresponding lens antennas exhibit the same ?3 dB beamwidth of about 0.33 degrees. The plane zone lens antenna is very thin and simple. Instead, the antenna comprising a 3-D compound Fresnel zone lens is thicker but can be made conformal to a specific surface shape and possesses more levels of design and optimization freedom.     

空心高斯光束通过光阑透镜系统的传输特性

为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输.研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数值例做了详细说明.结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性.这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义.     

Refractive collimating microlens arrays by surface tension self-assembly

A new process for fabrication of refractive collimating microlens arrays is demonstrated. The lens mount is formed in the bonded layer of a bonded silicon-on-insulator wafer, and rotated out of plane by the surface tension obtained by melting rectangular pads of thick photoresist. The lenses are formed by melting circular pads of the same resist. Correct alignment of the mount normal to the substrate is achieved by sequential self-assembly of a supporting frame.     

圆周型光斑模式转换器

提出了一种圆周型光斑模式转换器--透明玻璃圆锥体,根据光的全反射原理论证了光在该圆锥体中的传输规律和对光束光斑模式的转换原理.利用光线追迹方法模拟了光在光斑模式转换器中的传输过程和对光斑模式的转换效果.结果显示圆锥体的顶角等于一系列特定值时,垂直圆锥体底面入射的光束经过该圆锥体后光束沿着其母线方向出射,在垂直于圆锥体轴线的平面上形成一圆周型光斑,其光能量全部集中在圆周上.圆周型光斑模式转换器还可以与透镜结合使用,只改变光斑模式而不改变光束的传输方向.该圆周型光斑模式转换器具有结构简单、容易制造、能量损失小等优点.     

150nm成像的0.7NA远紫外步进扫描系统

为了拓展KrF光刻在小于 1 80nm的SIA设计规则技术阶段的制造能力 ,需要一种最大 0 7NA透镜的远紫外步进扫描曝光系统来提供足够的工艺容限。面临着SIA的 1 5 0nm设计规则技术阶段 ,采用 2 48nm光刻的制造难题包括接触孔复印 ,疏密图形偏差控制以及可满足全视场CD的均匀性。所有这些均得益于更大数值孔径的透镜。论述了在一台PAS5 5 0 0 / 70 0B远紫外步进扫描系统中取得的实验结果。该机的设计是在PAS5 5 0 0 / 5 0 0机的基础上 ,采用一种新的 0 7NAStarlithTM透镜、AERIALTMⅡ型照明系统和先进的ATHENA对准系统组成。得出了 1 80nm和 1 5 0nm以及更小尺寸的密集和单线条图形、1 80nm和 1 6 0nm接触孔图形的成像结果。除成像性能外 ,还得出了像平面偏差 ,系统畸变标记、单机套刻和多机套刻结果。对于ATHENA对准系统、对准重复性以及在CMP加工后的片子上的套刻结果也给予展示。这种曝光设备可提供 1 5 0nm设计规划技术阶段批量生产要求的成像能力和套刻性能 ,并具有应用于更小设计规则研究与开发的潜力     

基于圆心定位的全景图像拼接与展开

针对特殊的全景采集镜头，经拼接及展开运算，得到人眼容易辨识的图像。系统镜头由两片像素阵列为4096×3072的CCD组成，拼接所形成的传感区域包含像素阵列为4096×4096，文中提出一种基于圆心定位的拼接算法，此算法通过采集到的两幅全景图像的圆心，以圆心为基准进行剪切定位，从而实现图像的拼接。并应用改进的分块查表法，将目标图像变为环带块，对拼接后的图像进行展开运算。仿真实验表明，本拼接算法可完成特殊镜头所采集的图像拼接工作、速度快、可靠性能强、符合实际应用要求。     

面阵探测器连续扫描成像光学系统

研制了一套用于面阵探测器360连续扫描成像的红外光学系统。该光学系统包含了一个无光焦度的望远镜、一个方位补偿摆镜及一个二次成像物镜,采用了制冷型面阵红外探测器。引入了方位补偿摆镜,按二倍角关系朝相反方向摆动,解决了面阵探测器连续扫描中的成像拖尾与模糊问题。采用了像方扫描方式,使得摆镜通光尺寸由物方扫描的大约40 mm220 mm缩减至目前14 mm22 mm,摆镜质量减轻了95%以上,摆动频率可达100 Hz,使系统可在1 s内完成对360方位的扫描成像。系统结构简洁紧凑,共由八片透镜以及一片反射镜组成,像质接近衍射限。实验室测试结果表明:方位补偿摆镜固定时,对小圆靶成像有明显拖尾成长条状;而开启摆镜摆扫之后,小圆靶成像清晰无变形,成像效果接近凝视型。     

Design and Characterization of Taper Coupler for Effective Laser and Single-Mode Fiber Coupling With Large Tolerance

A new method of coupling the light from a laser diode (LD) to a single-mode fiber with large alignment tolerances and without using any coupling lens is presented. A pseudovertical tapered coupler on silicon substrate which has an input aperture of about 100 times the size of the laser waveguide cross section is designed. Results showed that the coupler relaxes the LD placement tolerance and eliminates the use of a coupling lens. The positional tolerance between the LD and taper coupler can be larger than +/- 5 mu m in the xy plane, and +/-1 ^deg in orientation.     

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。