基于多光束干涉的长程轮廓仪

为提高长程轮廓仪(LTP)面型检测的精度,提出一种使用波面型等光程多光束分束器的LTP。该分束结构可将入射光束分成若干束等光强等光程的相干光。在理论上分析计算了傅里叶变换(FT)透镜焦平面上干涉条纹的位置和强度分布,探究了零级干涉主极大条纹宽度、振幅和±1级干涉主极大条纹振幅与多光束分束器各结构参数之间的关系。通过选取合适的参数设计了基于多光束干涉原理的新型分束器,并与传统分束器进行了仿真实验比较,设计了测量系统中的准直镜和FT透镜,在Zemax软件中建立了完整的光学系统模型,并对该模型进行了实验验证。结果表明多光束干涉长程轮廓仪可以实现对被测表面斜率的测量,其在探测面上的干涉条纹宽度比传统双光束干涉窄,光强也更加集中,可以提高LTP的测量精度。     

基于相位复原技术测试高数值孔径光学成像系统

干涉测量的方法已被广泛应用于光学系统的波前测试中。但是由于高数值孔径的标准具加工成本高、风险大,使用干涉测量的方法对高数值孔径光学系统进行测试存在困难。运用相位复原技术对高数值以小孔衍射光束作为高精度测试基准波前进行孔径光学系统波前测试,可以解决上述问题。对不同频率波前形成的点扩散函数模拟,分析了实际测试所需的实验条件。由于缺乏高精度的对比实验条件,引入一种新的误差分析方法,搭建检测平台完成对显微镜光学系统的波前测试。通过验证实验,证明了该测试方法的可靠性。     

影响基于等厚干涉原理测量膜厚精度的因素分析

基于光学干涉原理的薄膜测量技术是重要的光电检测技术之一.该测量方法可获得较高的测量精度.但是在实际干涉测量中,膜厚测量的精度与所用光束的物理特性以及膜厚本身有较大关系.基于薄膜干涉的基本原理,分析了光束的发散角、薄膜厚度以及光束的入射角对基于薄膜干涉测长结果的影响,这对学生正确理解基于干涉的测量原理,掌握正确的测量方法,提高测量精度具有一定的指导意义.     

激光器件 激光参数测量

TN2472006010161面阵CCD激光束参量测量系统及其实验研究=Experi-mental study on beam parameter measurement system u-sing area array CCD[刊,中]/高雪松(北京理工大学光电工程系.北京(100081)),高春清…∥中国激光.—2005,32(7).—993-996采用面阵CCD探测器测量连续和脉冲激光器空间光束的技术,研制了一套高精度激光参量测量系统,测量了激光二极管连续抽运输出波长为1064nm的固体模式发生器产生的不同阶次厄米-高斯光束和脉宽10ns调Q灯抽运固体激光器的光束参量,分析对比了模式发生器输出光束的理论值和实验测量结果,证明了系统…     

入射角和薄片表面特性对激光干涉测温的影响

以激光干涉为理论基础,采用具有不同表面光学特性的单晶硅片和K-8光学玻璃为样品,针对不同的测量条件,研究干涉条纹对比度变化对温度测量的影响.分析了薄片干涉条纹对比度与测量光束直径、入射角、样品表面粗糙度以及表面镀膜之间的相互关系,研究了薄片的横向温度梯度对干涉对比度的影响.实验结果表明,上述各因素对温度测量参量对比度产生的影响具有规律性,并在一定对比度阈值条件下,能够满足精确测温的条件要求.     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

用白光相移干涉增大表面形貌可测范围的研究

分析研究了我相移干涉应用于表面形貌测量时表面形貌与干涉图像之间的关系,比较了两种不同光谱分布的光束的白光相移干涉特性。依据白光相移干涉中与干涉光强有关的一些特定参量与表面形貌之间的一一对应关系,提出了一种不直接测量相位、避开相位测量不确定性的新方法。所提方法扩大了可测深度范围,可用于测量面形较陡的连续表面或不连续深结构表面。     

基于零级贝塞尔光束干涉产生的局域空心光束

通过对由两个零级贝塞尔光束相干叠加形成的三维衍射光场的理论分析和计算机模拟,发现当双零级贝塞尔光束的有关参量满足一定条件时,会在光轴上形成一系列高质量的局域空心光束。在此基础上,进一步分析了这种阵列局域空心光束的大小、阵列周期及局域空心光束的质量与双零级贝塞尔光束和光路参量的定量关系。推导出双零级贝塞尔光束叠加时在中心暗斑位置达到完全干涉相消的条件是通过两个环缝的能量要相同,以及产生最佳局域空心光束的内外环缝光源半径的比值为0.465。该研究为进一步设计制备基于双零级贝塞尔光束干涉实现阵列局域空心光束的新型衍射光学元件提供了理论依据和设计参量。     

基于ABCD矩阵的Z-扫描理论

基于光学系统对傍轴激光束的传输与变换技术—ABCD定理,以非线性相移为研究对象,采用表征高斯光束特征的q参量在光束无像散近似假设下,分析了Z-扫描测量方法的理论基础,得到了表达简单的解析理论公式.在非线性相移｜ΔΦ0｜<π rad时,所得模拟结果可以很好地与已知理论结果相吻合.对CS2和纳米碳管乙醇溶液的非线性测量及数据的拟合,证明了用此结论进行数据分析的简洁性和优越性.     

高斯光束与谐振腔基模模式光路谐振匹配的分析与校准

为了降低高斯光束与谐振腔耦合过程中失调量和失配量对基于无源谐振腔测量技术精度的影响, 采用高斯光束变换规律、模式耦合有关理论以及光束传播坐标变换等相关理论, 就失调量和失配量对基模耦合效率的影响分别进行分析和模拟, 并据此给出了一般情况下两个参考量同时存在时基模耦合效率的表达式. 分析表明: 失配量的存在主要影响激光器与谐振腔的耦合效率, 而对高阶模式的激发影响较小, 因此对谐振腔的衰减线型影响较小; 失调量的存在对谐振腔高阶模式的激发起主要作用, 给测量带来严重误差. 该结论为利用腔出射光信号来确定误调参量值的实验方案提供了依据. 因此, 在考虑光源光谱线宽的情况下, 就光源光谱线宽的特性提出两种装调校准方案: 基于法布里-珀罗干涉仪法和基于多维象限探测器探测谐振腔出射光的调节回路, 这将为分析基于无源谐振腔的相关技术测量误差来源以及实现测量系统的高精度装调提供理论指导.     

高能光纤激光经准直系统后的光束质量研究

应用光线光学的理论,对透镜的几何像差、热非线性等因素对光纤激光光束质量的影响进行了分析和计算,给出了激光通过多透镜光学系统后,光束质量参数M²与系统参数的一般关系. 研究了高能光纤激光通过准直系统后的光束质量. 研究结果表明,随着激光功率的增大,经准直系统后光束的光束质量存在最佳值,其对应的激光功率与准直系统参数有关,为高能光纤激光准直系统的设计提供了参考. 关键词： 高能光纤激光 光束质量 准直系统 光线光学     

新概念高能激光武器与强激光光学计量检测技术

新概念高能激光武器的研究与发展已有四十多年的历史。第一代高能激光武器主要采用连续波化学激光器，其输出功率可达百万瓦。第二代高能激光武器主要采用了波长更短的节能固体激光器件，其输出功率为100kW。与第一代高能化学激光武器采用超高能量直接烧毁杀伤目标不同，第二代高能固体激光武器寻求节能型杀伤方式，即以最小程度的破坏来实现致命杀伤的效果。随着高能激光武器的发展和实战部署，作为高能激光武器核心的高能激光系统总体性能参数(能量/功率、激光波形、光束质量、近场和远场的强度分布、光束指向稳定性、光谱和偏振特性等)的计量和测试显得尤为重要。文中围绕新概念高能激光武器的历史、研究现状和未来发展展开论述。高能激光武器系统的研制对强激光光学计量检测技术提出的新要求和挑战有助于推进强激光光学计量检测技术的发展。     

利用可调谐的混沌Fabry-Perot激光器实现波分复用无源光网络的断点检测

波分复用无源光网络具有支路多、节点密的特征,为精确定位各支路的断点,提出了一种基于可调谐混沌Fabry-Perot激光器的检测方法.将光反馈多纵模Fabry-Perot半导体激光器作为混沌光源,在改变反馈光光波模式的条件下输出波长可调谐的混沌激光.以探测光的波长标记各被测支路,将探测信号和携带延时信息的回波信号进行互相关运算,根据相关曲线峰值的位置即可完成定位.分析了可调谐混沌源的特性,并以1×4的波分复用无源光网络为例,进行了初步的实验验证,结果表明该方法可以精确定位光网络支路中连接点及断点的位置,空间分辨率达4 cm,且与探测距离无关.     

旋转双棱镜光束指向控制技术综述

旋转双棱镜系统通过两棱镜的共轴独立旋转改变光的传播方向,可用于调整光束或视轴指向。与传统的两轴、三轴式光电平台相比,基于旋转双棱镜设计的光束或视轴调整装置具有精度高、结构紧凑、动态性能好等优点,已成为传统光电平台的有益补充。本文分析了双棱镜系统的光束指向调整机制;介绍了国内外相关基础研究的热点问题,主要涉及光束转向机制、光束扫描模式、棱镜回转控制以及棱镜引起的光束变形、成像色差、成像畸变的研究。文中描述了该项技术的应用进展,给出了利用该项技术开发的典型产品以及该项技术在激光光束指向调整和目标搜索、识别与跟踪成像方面的应用。最后,探讨了旋转棱镜在扫描模式、光束质量、成像色差与畸变、回转控制等方面面临的技术难题,并对其发展趋势进行了展望。     

利用可调谐的混沌Fabry-Perot激光器实现波分复用无源光网络的断点检测

波分复用无源光网络具有支路多、节点密的特征,为精确定位各支路的断点,提出了一种基于可调谐混沌Fabry-Perot激光器的检测方法.将光反馈多纵模Fabry-Perot半导体激光器作为混沌光源,在改变反馈光光波模式的条件下输出波长可调谐的混沌激光.以探测光的波长标记各被测支路,将探测信号和携带延时信息的回波信号进行互相关运算,根据相关曲线峰值的位置即可完成定位.分析了可调谐混沌源的特性,并以1×4的波分复用无源光网络为例,进行了初步的实验验证,结果表明该方法可以精确定位光网络支路中连接点及断点的位置,空间分辨率达4 cm,且与探测距离无关.     

测量大口径光学元件反射率用精密扫描系统误差分析

为测量高能激光传输系统中大口径高反射率光学元件的反射率,设计了一种大口径光学元件二维扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理,分析了影响系统测量精度的因素,从理论上分析了扫描系统的系统误差对测量精度的影响,结果表明在垂直于光束传播方向上,水平偏差在0.29 mm时,测量误差在10-6量级;腔长的变化量较小时,可通过对衰荡腔腔镜的调节,实现对旋转轴偏差的补偿及对系统的精细调节。通过拟合处理光强与时间的数据得到对应的一次指数函数拟合曲线,并通过计算得到衰荡时间和反射率,经过对比分析可知,该误差分析方法能比较有效地测量腔镜的反射率,并能减小实验数据本身带来的误差。     

空间激光通信组网光学原理研究

随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的组网技术迫在眉睫。分析了空间激光通信链路组网所需要满足的基本要求及其实现中必须解决的技术难点,提出了组网光学原理,同时研究了一种可用于多目标间同时进行激光通信的技术方案,设计了以旋转抛物面为基底的多反射镜拼接结构的光学天线、中继光学系统以及发射接收与捕获、跟踪和对准(APT)系统,为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。     

原油含水率测量的光学计量仪

油井含水率是油田开发过程中的一个重要指标。光纤传感器具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、实时、高效、准确等优点,将其应用于石油测井,有利于提高勘探效率。介绍测井应用中原油含水率计量仪的结构,分析了光纤传感器对混合液体含水率测量的基本原理。激光在弯曲光纤中的传输效率随外界混合介质折射率的变化而改变,根据光纤输出光功率的大小可以测量外界混合介质的组成成分。通过数值模拟,给出了光纤传感器中光束强度随混合液体含水率的变化现象,计算得到混合液体中含水率测量结果。结果表明,光纤传感器计量仪能实现0%～100%含水量的连续测量。最后基于数值模拟结果讨论了系统设计中的注意事项。     

An approach to achieve lateral superresolution for small probe confocal measurement system and its element

A shaped annular beam superresolution approach is proposed to improve a lateral resolution of a small probe laser confocal measurement system (LCMS). The approach proposed enables lateral superresolution measurement of LCMS to be achieved by using a binary optical diffractive element to shape a He–Ne Gaussian laser beam into an annular beam with an inner diameter of 0.87 mm and an outer diameter of 1.8 mm required for superresolution measurement, and shift the beam spatial frequency from low to high. And a binary optical element (BOE) with 16 phase levels is designed and fabricated to shape a Gaussian laser beam into an annular beam. Preliminary experimental results indicate that an intensity distribution of a shaped annular beam is in agreement with simulation results, the diffractive efficiency is 87.2%; LCMS lateral and axial resolutions of 0.2 μm and 3 nm are achieved, respectively, and its measurement range is expanded nearly to double, when BOE is used in LCMS and , NA=0.85.