f-θ透镜设计初探

随着激光应用技术的发展,出现了形形色色的以激光为光源的光学系统。它与用于观察或记录图象本身形态的传统光学系统不同。激光的出现,可将图象变换为时间序列信号和空间频谱来处理或记录。因此激光光学系统与传统光学系统有所区别,其种类繁多。本文只研究其中一种即f-θ透镜的设计方法。     

面向光学器件透反射率测量的声光调制型激光功率稳定系统设计

在各类光学系统设计过程中,由于实验系统对于光学器件的透反射率要求不同,需要确定光学器件的透反射率。本文设计了一种对光学器件的透反射率进行精准测量及标定的系统,该系统通过对激光光源进行声光调制,使得激光输出功率的稳定度显著提高,避免了测量时光源不稳定带来的较大误差。实验结果表明,该系统能够稳定光源输出功率,稳定度维持在0.05%/h,甚至更高的水平,满足了光学器件透反射率测量的误差小,精度高等要求。     

基于可调谐飞秒激光的光学特性测量装置

随着激光技术的快速发展，激光光源在光谱辐射和光学特性测量中得到了广泛的应用。与传统的灯光源相比，激光光源具有高功率、宽光谱和极低的波长不确定度等优点。建立了一套基于宽波段可调谐激光光源的光电探测器响应定标装置，其中激光光源的光谱覆盖范围为190 nm～4000 nm，激光脉冲宽度约130 fs，重复频率约80 MHz。为了避免高峰值功率脉冲光对探测器定标的影响并提高测量的线性度，利用光纤的固有特性成功研制了一种可将脉冲光转换成连续光的转换器。同时基于激光光源搭建了一套激光准直和扩束光路，在波长λ=550 nm时得到了非均匀性为0.29%的单色均匀辐射场。该单色均匀辐射场在高精度的探测器定标应用中具有重要的作用，围绕其搭建的定标测量装置在计量领域具有一定的参考价值。     

一次透镜封装的单片集成LED光源北大核心CSCD

在使用LED作为照明光源的过程中,光场作为LED应用中的关键因素,一般使用二次光学系统进行调控。但是二次光学系统一般设计复杂、体积大、重量重,随着LED光学封装系统朝着小型化方向发展,二次光学系统的应用将会变得困难。结合软件仿真和实验验证探索了用于单片集成发光二极管(MI-LED)的一次光学透镜的光场调控功能。研究结果表明,仿真和实验LED光源的光场几乎重合一致,所设计的一次透镜将LED光源的光束角从120°调控到48°~72°范围内。与未加一次透镜的LED光源相比,加一次透镜的LED光源具有更高的光提取效率和更均匀的空间光色分布。     

基于LD激发荧光粉白光光源的窄光束照明光学系统设计

蓝光半导体激光器激发荧光粉产生白光光源技术发展迅速，但由于大功率蓝光半导体激光器在快轴、慢轴方向的光场分布差别较大，使得日前激光照明整体光学性能仍旧较差，难以实现大规模推广应用。针对该问题，设计了一款高质量激光照明光学系统，基于蒙特卡洛光线追踪理论，对激光光束进行准直调控、均匀光斑整形以及对荧光片进行设计，使得整体光源模块各元件得到最佳整合，最终实现了窄光束激光照明。仿真结果表明:激光光源的光收集率达98.3%，激光光斑的不均匀度为1.7%，白光均匀度为98%，光斑是出射准直角为1.6°的方形窄光束白光光斑。     

基于小孔光阑的CCD过饱和像差分析方法

如何比较全面、准确地观测和分析光学系统的几何像差一直是光学以及光学设计领域中的一个重大问题.本文提出了一种观测和分析光学系统像差的新方法——基于小孔光阑的CCD过饱和分析方法,以激光为照明光源采用开放式的光路搭建,利用定标孔阑划分波带并结合CCD过饱和的分析手段.该方法具有原理易懂、操作简单、图样信息丰富、现象明显直观、成本低廉等优点,不仅为分析和观测光学系统的几何像差提供方便,同时也为光学系统的相关研究提供借鉴.     

正棱柱体旋转反射镜和F—θ透镜光学扫描系统的设计考虑

在激光记录中,现在很大一部分应用正棱柱体旋转反射镜和F—θ透镜的光学扫描系统,如激光束图象记录仪,计算机缩微存储器,激光电子分色机,计算机激光打印机的激光头等。     

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式, 以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。     

一种新颖的诊断技术：光学层面分析

本文介绍了一种适用于火焰、流体、等离子体、光纤棒等透明介质的无损诊断技术──光学层面分析（optical tomography）．这一诊断技术是利用激光和计算机技术对透明介质的某一层面进行积分测量，然后建立起该层面的折射率、温度、密度等特性的二维或三维图象．文章介绍了光学层面分析重构图象的原理和三种测量方法及其对应的计算公式，并讨论了这一方法的前景．     

激光位移传感器的光学系统设计

针对目前国内自主研制的激光位移传感器精度低,测量范围小等问题,提出了一种采用光学设计软件预先仿真整个激光位移传感器光学系统的方法。在分析系统各部分的光学特性的基础上,结合具体要求设计了一个激光位移传感器的光学系统,其工作范围为（50±10）mm。采用系统分割的方法,将整个光学系统分为两部分进行设计,第一部分是激光束的整形透镜,要求在有效的工作范围内得到小而均匀的出射光斑,设计结果表明,在测量范围内,光斑大小能够控制在10-1mm量级;另一部分是被测面散射光接收的成像物镜,该系统的特点是物面和像面相对于光轴都有一定的角度,实验结果表明其成像满足Scbeimpflug条件。     

运动粒子全息测试仪

本文论述了用序列脉冲激光在4F光学系统中测量各种情况下的喷雾粒子大小、分布及运动速度的同轴全息和离轴全息方法。并讨论了仪器的结构原理,特点。文章共分了四个部分: 1)用4F光学系统测量微粒子的基本原理。 2)光学系统结构的特点。 3)红宝石脉冲激光光源。 4)仪器的组成及性能指标。     

小型米散射激光雷达的研制及其探测

介绍了一台自行研制的用于大气气溶胶光学特性和水平能见度测量的小型米散射激光雷达系统,并进行了一系列观测实验和分析.系统选用532nm波长激光作为光源,采用Fernald反演算法对接收到的大气回波信号进行反演得到气溶胶消光系数.通过对西安城区上空的气溶胶光学特性进行连续观测,测得了西安城区不同时刻消光系数的高度分布廓线、以及24小时内大气边界层高度的时空变化特性,并对大气水平能见度进行了连续观测,其结果与当地气象部门提供的水平能见度数据的变化趋势基本一致.观测结果表明,利用该米散射激光雷达可以对大气气溶胶光学特性和水平能见度进行有效测量.     

基于矩阵光学的猫眼效应回波特性模型

以基于猫眼效应的激光主动探测为应用背景,针对以往几何光学分析方法研究猫眼效应回波特性中存在的不足,从矩阵光学入手,提出了光学窗口映射的光束传输分析方法,建立了光学系统离焦和光束斜入射条件下猫眼效应回波的形状和能量模型,解决了传统公式中发散角物理意义不正确和无法准确预知回波空间范围的问题。通过搭建模拟的理想猫眼光学系统对模型进行了实验验证,实验结果与模型计算结果符合得很好。该模型及相关结论对于基于猫眼效应的激光主动探测及其防护技术研究具有重要的参考价值。     

用氦氖激光光源作多种光学现象演示实验

激光在我国工农业生产、国防建设和科学实验等方面的应用已日益广泛. 由于激光的强度大、方向性强、单色性好,所以用它作光源进行光学演示实验具有鲜明的特点:可在一般亮教室内进行,供多人同时观察;装置简单,调节方便. 我们在光学教学中,用激光光源作了部分光学演示实验,现象显著,效果良好. 下述演示实验的光源,均用我校校办工厂生产的氦氖激光器,输出功率约2mw,波长λ=6328A单模.若采用较大功率(如10—15mw)的氦氖激光器作光源,则效果会更好些. 一、光的反射、折射、全反射 和临界角的演示 这些演示可在光路盘、玻璃烟雾箱或玻璃水槽中进…     

基于光纤激光放大倍频的冷原子钟光源

用于激光冷却与原子布居数探测的激光光源是冷原子钟的重要组成部分,选用工业技术成熟的1560 nm光纤激光器和光纤放大器分别作为种子源和光放大器,经非线性倍频晶体对放大后的激光进行倍频,得到较大功率的780 nm的激光,通过饱和吸收稳频得到冷却激光,一部分冷却激光利用电光调制器和声光调制器移频6.8 GHz得到重泵浦激光,对上述激光进行适当的功率分配后提供给冷原子钟。对该套激光装置关键器件进行了特性测试,将稳频后的倍频激光与锁定在超稳激光上的光学频率梳进行拍频,得到的激光的线宽在74 kHz左右,其短期稳定度比外腔半导体激光器提高半个多数量级。将这样的激光光源应用于冷原子钟,可以减小探测激光频率噪声对喷泉钟稳定度的限制。     

用于高能激光系统的共孔径光学装置设计

高能激光系统的主要工作方式是利用其精跟踪模块将发射激光传输聚焦至闭环跟踪条件下的目标上,使之受到毁伤或失效。为实现该工作方式,本文研究设计了一套共孔径光学收发装置。该装置的发射系统主要由离轴两反式主望远镜模块、伽利略透射式调焦望远镜模块和光束馈送模块共同组成二级扩束系统,接收系统主要由离轴两反式主望远镜模块、精跟踪成像模块和光束馈送模块共同组成长焦距光学系统,其中光束馈送模块由二向色镜、快速反射镜等光学元件组成。以非相干空间合束的基模高斯光作为激光光源,利用光学设计软件对该装置进行了优化设计。对于发射系统,获得了激光经过调焦望远镜模块不同的调焦量调制后,传输至0.5~5 km处的光斑分布情况,且激光波前像差RMS值均优于λ/20;对于接收系统,由各模块一同构成的成像光学系统的性能经优化后接近衍射极限,其中系统传递函数在70 lp/mm时大于0.6,最后通过样机实验也验证了设计的正确性。本文的设计和实验结果证实了该共孔径光学收发装置结构合理,性能可靠,满足高能激光系统的工程应用需求。     

光学信息处理讲座第四讲 银盐记录介质在光学信息处理中的应用

光学信息处理以其速度快、信息容量大、结构简单、可以同时完成二维或多通道运算等优点而被人们所重视,并已成为现代光学的重要组成部分.光学信息处理的基本装置可以分为以下几个主要部分:光源、输入转换器、光学处理系统以及输出转换器.目前,输入转换器主要通过感光胶片将输入信号或图象送入处理系统.光学处理系统是由透镜或其它全息光学元件构成的模拟运算系统,此系统中的空间滤波器是光学信息处理系统中的关键元件,必须根据具体课题的要求进行设计并用记录介质或其它材料来制备.输出转换器一般是用记录介质把处理结果记录下来,或通过摄像…     

LED近场光学模型与直下式背光源透镜的设计优化

LED光源自身物理模型的准确测量和建模对光学设计和计算机软件仿真模拟结果至关重要。分析了常用光源模型的特性,对白光LED与理想点光源的偏差和原因进行了研究,比较分析了在直下式背光源透镜光学系统中由于LED实际光源特性偏离理想点光源和简单面光源而造成的设计偏差,并以白光LED光源近场测量的光线文件为基础,采用反馈修正逐次逼近的方法,优化设计了背光系统距高为5.5的内外折射曲面光学透镜,在实际发光面积为1.7 mm×1.7 mm的条件下,光斑均匀性为0.83。     

评定光学仪器质量的准则

光学系统的频率对比特性,决定着系统的信息率,是目视仪器和照相仪器的主要参数之一。大的信息容量、高度的分辨能力和各种良好的对比特性,以及观察系统与照相记录材料的广泛动态范围都与此有关。在用于辐射记录或图象分析的光学电子仪器内光电接收器不具备这种高度的分辨能力和广泛的动态范围,通常用于有高度快速作用的场合,但与频率对比特性一样也是主要的信息参数,限定着对扩展辐射源和点辐射源的灵敏度。大多数的光学电子监视和控制仪器是由远离仪器的点源辐射产生有效信号。通常来自外部扩展源的背景辐射和仪器内部的辐射(散射、热辐射、荧光辐射等等)都是信号的干涉源。     

用于脉冲激光精密测距的半导体激光光源

根据脉冲测距基本方程和脉冲激光精密测距系统对精度和距离的要求,推导了半导体激光光源的设计指标。采用数字电路和模拟电路相结合的方式,利用ZTX415的开关特性设计了一款窄脉宽、大电流的半导体激光器驱动电路;采用半圆截面柱透镜组对半导体激光光束进行整形,计算了最佳的光学系统参数,取得了比较好的整形效果。