大口径离轴凸非球面的加工和检测（英文）

将光学系统波像差检验技术与子孔径拼接测试技术相融合提出了凸非球面系统拼接检测方法,对该方法的原理和实现步骤进行了分析和研究,并建立了合理的子孔径拼接数学模型.依次利用计算机控制光学表面成形技术和磁流变抛光技术对一包含大口径凸非球面的离轴三反光学系统的各反射镜进行加工,并对整个系统进行装调和测试.测定光学系统各视场的波像差分布,通过综合优化子孔径拼接算法和全口径面形数据插值求解得到大口径凸非球面全口径的面形信息.结合工程实例,对一口径为292mm×183 mm的离轴非球面次镜进行了系统拼接测试和加工,其最终面形分布的均方根值为0.017λ(λ=632.8nm).     

大口径离轴凸非球面系统拼接检验技术

针对大口径离轴凸非球面面形检测的困难,本文将光学系统波像差检验技术与子孔径拼接干涉技术相结合,提出了凸非球面系统拼接检测方法。对该方法的基本原理和具体实现过程进行了分析和研究,并建立了合理的子孔径拼接数学模型。当离轴三反光学系统的主镜和三镜加工完成以后,对整个系统进行装调和测试,并依次测定光学系统各视场的波像差分布,通过综合优化子孔径拼接算法和全口径面形数据插值可以求解得到大口径非球面全口径的面形信息,从而为非球面后续加工和系统的装调提供了依据和保障。结合工程实例,对一口径为287 mm×115 mm的离轴非球面次镜进行了系统拼接测试和加工,经过两个周期的加工和测试,其面形分布的RMS值接近1/30λ(λ=632.8 nm)。     

子孔径拼接干涉检测凸非球面的研究

在总结各种检测凸非球面方法优缺点的基础上,提出了利用子孔径拼接干涉检测凸非球面的新方法。利用标准球面波前作为参考波面,用干涉法逐次测量非球面各区域的相位分布,去除参考波面偏差以及调整误差后,通过子孔径拼接算法就可以重构凸非球面全口径的面形分布。研究和分析了该方法的基本原理和基础理论,开发了综合优化和误差均化的子孔径拼接算法。设计和研制了子孔径拼接干涉检测装置,并结合实例对口径为140 mm的碳化硅凸非球面进行了子孔径拼接测量,得到了精确的全口径面形分布,其面形分布的峰值(PV)和均方根(RMS)值偏差分别为0.274λ和0.024λ(λ=632.8 nm),且对该非球面进行零位补偿测量,其全口径面形与拼接全口径面形是一致的,面形分布的PV和RMS值的偏差仅为0.064λ和0.002λ,从而提供了又一种定量测试凸非球面的手段。     

非零位凸非球面子孔径拼接检测技术研究

为了实现大口径凸非球面镜的高精度检测,本文研究了凸非球面非零位子孔径拼接检测技术,并建立了一套非零位拼接检测算法模型,模型中分别针对同轴子孔径与离轴子孔径非零位检测时所引入的测试误差进行了建模分析,同时对测试误差剔除、拼接系数求解、全口径面形获得等问题进行了研究。最后,结合工程实例,对一口径为130 mm的凸双曲面进行了拼接检测,分析了该非球面各测试子孔径非零位检测误差形式,同时进行了误差剔除、全口径面形获取等工作。从拼接结果中可以看出,拼接结果光滑、连续、无拼接痕迹。为了进一步验证拼接精度,我们将拼接结果与子孔径检测结果进行对比,引入了自检验子孔径评价方法,计算得到自检验子孔径与拼接结果在自检验子孔径范围内的残差图,二者残差图的PV值与RMS值分别为0.016λ与0.003λ,由上述结果可以得到自检验子孔径的测试结果与拼接结果在自检验子孔径范围内是一致的,从而验证了本文算法的拼接精度。     

子孔径拼接检测大口径非球面技术的研究

为了无需其他辅助光学元件就能够实现对大口径非球面的测量,提出了子孔径拼接干涉检测方法。并基于齐次坐标变换、最小二乘法以及Zernike多项式拟合建立了综合优化和误差均化的拼接数学模型;开发了子孔径拼接检测非球面算法软件,进行了计算机模拟和仿真实验;设计和搭建了子孔径拼接干涉检测装置,并利用子孔径拼接实现了对口径为350mm的双曲面的检测;为了分析和对比,对待测非球面进行零位补偿检测实验,子孔径拼接所得的面形分布和零位补偿检测所得的全口径面形分布都是一致的,其面形误差PV值和RMS值的偏差分别为0.032λ和0.004λ(λ=632.8nm)。从而提供了除零位补偿检测外另一种定量测试非球面尤其是大口径非球面的手段。     

用于大孔径凸非球面检测的部分补偿透镜的优化设计

针对部分补偿法和子孔径拼接技术对大孔径凸非球面进行测量时,部分补偿透镜的优化设计是关键技术之一,基于ZEMAX软件对用于大孔径凸非球面的部分补偿透镜进行了优化设计,以波前斜率作为优化目标,通过直接观察弥散圆半径对全口径的光线进行优化。设计结果表明,用结构简单的单片部分补偿透镜即可实现对大孔径凸非球面的面形测量,在不同的子孔径区域,部分补偿系统在理想焦面处的弥散圆最大半径均小于165 μm,满足设计要求,验证了结合部分补偿法和子孔径拼接技术测量大孔径凸非球面的可行性。     

计算机再现全息与辅助球面混合补偿检测凸非球面方法研究

大口径凸非球面镜在现代光学系统的应用日渐广泛,尤其在离轴三反光学系统中,它往往作为次镜使用。出于力学特性和热学特性考虑,一般采用不透明的Si C材料来制作此类非球面镜面,而且对于离轴系统,次镜的全口径均参与成像。口径大、加工材料不透明且无中心遮拦,使得传统的检测方法已经无法实现对此类非球面的检测。为解决此问题,提出一种计算机再现全息(CGH)与辅助球面镜混合补偿的凸非球面检测方法,构建了基于CGH辅助功能区域的检测对准方案,并以此方法对一口径为φ120 mm的Si C凸非球面反射镜进行了混合补偿检测,其检测结果与子孔径拼接检测结果在均方根(RMS)值为1/50λ精度下一致,验证了该方法的可行性与正确性。     

子孔径拼接检测非球面时调整误差的补偿

针对在子孔径拼接测量非球面的过程中干涉仪与待测非球面相对位置存在的对准误差,提出了一种基于模式搜索迭代算法的调整误差补偿方法。该方法可以很好地从测量的子孔径相位数据中消除由拼接测量位置没有对准带来的调整误差,实现多个子孔径的精确拼接。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了子孔径拼接测量的调整误差补偿模型。对口径为230 mm×141 mm的离轴碳化硅非球面反射镜进行了调整误差补偿和相位数据拼接,得到了精确的全口径面形分布。作为验证,对待测非球面进行了零位补偿检测,结果显示两种测试方法的面形PV值和RMS值的相对偏差仅为0.57%和2.74%。     

自准校正单透镜检验凸非球面的方法研究

针对凸非球面大口径、大相对孔径、全口径检验难的问题,提出了一种利用自准校正单透镜检验凸非球面的方法。该方法通过在单透镜的凸面镀半反半透膜构成自准校正透镜,校正非球面的球差,从而实现大口径凸非球面的全口径检验。依据三级像差理论,推导了初始结构参数计算公式,介绍了检验光学系统的设计方法;对口径为240.62 mm、相对孔径为0.48的凸扁球面光学检验系统进行了模拟设计。系统优化后的残余波像差峰谷(PV)值为0.00025λ,均方根(RMS)值为0.0001λ(λ=632.8 nm)。将该方法用于工程项目中口径为287 mm、相对孔径为0.74的凸双曲面反射镜检验中,测得镜面RMS为0.021λ,验证了该方法的可行性。最后对该方法的适用性以及像差校正能力进行分析。研究结果表明:该方法可以实现任意偏心率凸非球面的全口径检验,在大口径、大相对孔径凸非球面全口径检验时具有较大优势。     

非零位检测凸非球面反射镜的研究

在简要总结各种检测凸非球面方法优缺点的基础上,提出了利用部分补偿法和子孔径拼接干涉检测凸非球面的新方法。分别研究和分析了这两种非零位检测非球面方法的基本原理和基础理论;设计并制作了部分补偿器件,并对其系统误差进行了标定;开发了综合优化和误差均化的子孔径拼接算法;设计并研制了两种方法都适用的检测装置。并结合实例对一口径为130 mm的碳化硅凸非球面分别进行了部分补偿检测和子孔径拼接测量,这两种方法测量所得的全口径面形分布是一致的,其PV值和RMS值的偏差仅为0.010 和 0.002 (=0.632 8 m)。从而提供了两种非零位补偿测试凸非球面的手段。     

Simulation of a flat optical frequency comb using a single-drive multi-RF Mach–Zehnder modulator in a cascaded intensity modulator chain

We proposed a scheme based on two cascaded lithium niobate intensity modulators to generate an optical frequency comb with very high flatness. Single-drive multi-RF waveforms are used for driving the first intensity modulator, and 9 lines within 1 dB power variation can be obtained. When cascading with another intensity modulator, by specially adjusting the DC bias and the drive amplitudes of the RF signals of the two intensity modulators, 27 or 45 comb lines with a spectral power variation about 1 dB are obtained. The scheme is relatively simple and adjustable, and the frequency interval of the OFC varies with microwave frequency applied on modulators.     

Research on OCDMA-based PON monitoring technologies

An optical fiber fault location method based on OCDMA coding is proposed, which may locate branch optical fiber fault at local side. The method expands dynamic range through coding gain without influencing event distinction degree. Through simulation, it indicates that dynamic range of the method may support optical fiber fault detection in PON with branching ratio of 1:16 and transmission distance of 20 km, while the distinction degree is about 10 cm.     

有优先权的光突发交换中光缓存的性能分析

分析了配置有限数量光纤时延线(FDLs)和优先权机制的光突发交换(pOBS)网络性能,建立了pOBS的网络模型和排队模型;并以模型为基础,比较了各级别数据包的排队等延时与FDLs单位、负荷强度比例的关系;比较了有和无FDLs时,包丢失率与FDLs单位、FDLs深度、系统负荷强度以及波长数的关系.研究发现;高优先级数据包的平均延时远小于其它数据包,负荷强度越大平均延时也越大,高优先级数据包的比例越大则低优先级数据包的延时越大且丢失率越高,加入有限数量和适当深度的FDLs、减小FDLs最小单位、增加波长数都能减小数据包的平均排队延时和丢失率.     

OPS网络中SOA交换矩阵的串扰研究

通过对光开关和节点流量进行建模,利用新颖的等效串扰系数法,研究了基于XGM效应的SOA开关矩阵在OPS网络中的串扰问题.分析了SOA的各种参量以及节点流量特性对开关隔离度、节点中由串扰造成的误码率以及节点级联能力的影响.提出了优化SOA交换矩阵的具体措施,包括提高SOA的载流子寿命、控制脉冲能量和节点中流量的单播特性,以及降低SOA的饱和能量和有源区长度等.     

Investigation of wavelength division multiplexing ring network topology to enhance the system capacity

In this paper, we have investigated the wavelength division multiplexed (WDM) system using ring network topology. This network is used to increase the capacity with eight optical add/drop multiplexers (OADMs) by using dispersion compensating fiber and semiconductor optical amplifier (SOA) to achieve a distance up to 1600 km. It is observed that network shows the acceptable results at 15 Gbps data rate with 100 GHz channel spacing. The OADM nodes are also varied to investigate the network performance in the term of BER and Q-factor.     

A multi-channel full-duplex 60-GHz-band radio-over-fiber system

We propose and simulate a novel full-duplex radio-over-fiber system using a single light source at central station (CS). The scheme is employed to generate 60-GHz optical millimeter wave at CS for down-link transmission while the same optical carrier is reused at base station for up-link connection. There is no additional laser source for the upstream data generation in the base station. The bidirectional full-duplex 2.5 Gb/s data are successfully transmitted over 40 km standard single-mode fiber (SMF). The power penalty for the down-link data after transmission over 40 km SMF is less than 0.6 dB, while for the up-link data, the power penalty after transmission over 40 km SMF is neglected. This system shows good performance over long-distance delivery and has important applicable value in high radio frequency (RF) sector and multi-channel full-duplex system.     

A high efficiency construction method of multilength optical orthogonal codes with correlation constraint two for OCDMA multimedia network

In order to construct multilength optical orthogonal codes (ML OOCs) with correlation constraint 2 for multi-rate OCDMA passive optical networks, a high efficiency construction method is presented. The main idea is to construct high efficiency mapping sequences to map optimal short length OOCs with cross correlation 2 into long length OOCs with cross correlation 2. Fundamental of constructing high efficiency mapping sequence is derived, and the mapping sequences based on multiplication table of integer domain is examined. Simulations based on the method show that the cardinality of long length OOCs is just slightly lower than Johnson bound. Therefore, it has very high variable length efficiency.     

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率;但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了...     

Experimental studies of the WDM signal crosstalk in two-pump fiber optical parametric amplifiers

We showed that cross-gain modulation is dominant over another kind of common signal quality degradation, namely four-wave mixing, in a two-pump fiber optical parametric amplifier (OPA) WDM system. We also demonstrated experimentally that the signal quality degradation can be improved significantly by a two-orthogonal-pump OPA (2OP-OPA) over the conventional two-parallel-pump OPA (2PP-OPA).     

光突发与光电路混合交换边缘节点的设计与实现

提出了一种将光电路交换和光突发交换融合于同一网络的边缘节点设计方案.根据此方案,网络边缘节点能根据业务需求灵活选择交换方式.该方案在实际实验系统中进行了验证.结果表明,采用光电路交换方式,网络传输速率相对较快,而采用光突发交换方式,网络的带宽利用率更好.这两种交换方式共存于同一网络,一定程度上能提高网络的灵活性和适应性.