偏心和倾斜光学系统的像差特性

运用一种新的分析偏心和倾斜光学系统初级像差特性的方法—矢量像差理论,分析了具有较大交叉倾斜角的平行平板光学系统和具有较大倾斜角的光楔光学系统的像差特性.通过ZEMAX光学设计软件像差分析功能中的垂轴像差曲线、场曲曲线和点列图加以比较,两者非常吻合,证明该理论可以对具有较大倾斜元件的非共轴光学系统设计起指导作用.     

五角棱镜光学平行差的测量

<正> 五角棱镜在光学仪器里是一个应用较为广泛的光学元件。大家知道,在计算反射棱镜的外形尺寸和象差时,可以把它展开成平行平板玻璃来考虑。为了保证光学系统的性能和成象质量,展开后的平板玻璃,入射和出射的两表     

非共轴光学系统传递函数计算

用坐标变换计算非共轴光学系统是十分有效的。本文讨论了非共轴光学系统传递函数(OTF)的计算要点,并给出了平行光束传递函数的计算方法。计算了一个无焦系统的波动光学传递函数。     

红外扫描金属四方棱镜的制造

<正> 一、引言为使机载或星载的红外(或多波段)摄影机增大视场和适应使用条件,目前多采用金属反射镜或反射棱镜来实现光学扫描。由于金属和光学玻璃在性能上有很大差异,这就给反射镜的制造提出了许多特殊的问题。通过实践,我们初步掌握了制造金属四方棱镜的方法,该棱镜在飞行试验中性能良好。二、四方棱镜的设计四方棱镜是光学系统中的一个元件,它的质量好坏直接影响相机能否满足使用要求,同     

用于激光定向红外对抗的光学系统设计

依据机载光电武器小型化、轻量化的发展需求,设计了一套激光红外共光路光学系统。其中红外系统波段为3 μm～5 μm, F数为2,采用中波640×512 pixel的面阵探测器, 像元尺寸为15 μm×15 μm,激光发射与红外光路共用望远系统,光学系统利用立方棱镜实现方位360°和俯仰0°～90°范围的扫描,采用共光路设计可减小光路中反射镜和透镜等零件的尺寸,具有结构紧凑、质量小等特点。重点针对共光路中光学元件引入激光后向散射的问题,采用CODE V和LightTools联合优化的方法避免其影响,保证光学系统成像性能优良。     

全息光学元件

全息光学元件是一种有别于经典光学元件(反射或折射型)的衍射光学元件[1,2].由于它是薄膜型光学元件,因此有重量轻、性能可靠、制造方便、成本低等特点.它特别适用于“准单色光系统”和激光系统.如果全息光学元件与经典光学元件相结合,还能扩展和改善光学系统的性能和应用范围.     

激光扫描声学显微镜光学系统的设计

半导体激光器具有半导体和固体器件的许多优点：结构紧凑、效率高、价格便宜、长寿命，在许多方面优于气体激光器，因此在一些测量领域有较好的应用前景。本文基于棱镜对光的一维压缩及新型半导体激光器，对激光扫描声学显微镜的光学系统进行了新的设计，给出了相关数据及具体技术指标，实验证实其光学性能满足要求。整个光学系统具有结构紧凑、可靠性高、使用方便等特点，现已用于激光扫描声学显微镜定型设计。     

基于像差特征分析的变焦光学系统装调

提出了一种基于像差特征分析的变焦系统共轴性装调方法。针对某型20倍变焦光学系统的装调，在分析变焦光学系统装调要求的基础上，通过采用光学定心加工技术，提高变焦系统各镜组内光学元件的同轴度；采用Zygo干涉仪，检测变焦系统在长短焦位置的像差特性分布；借助CodeV软件仿真计算各光学元件在系统中的公差灵敏度分布，并确定产生像差影响的敏感光学元件；在中心偏测量仪上，完成最终光学系统像质的调整。此外，还设计了一种变焦光学系统各动组间同轴度调试装置，对变焦相机主镜筒机械内孔轴线与直线导轨的平行性进行了精确测量，保证了动组组元光轴的同轴精度。装调结果表明:变焦系统成像质量有明显改善，像面一致性得到保证，长短焦轴上传递函数值分别优于技术要求值0.45和0.55，长短焦轴外0.7视场传递函数值优于0.25和0.35，实现了高精度装调，验证了该方法的可靠性。     

CR扫描仪激光扫描光学系统设计及理论分析

设计了一种适合于计算机X射线扫描仪的新型激光扫描光学系统,采用五角棱镜和聚焦物镜组成扫描臂以取代传统的f-θ镜头,利用影像板的柔性成圆弧形进片。扫描臂又用做接收器件来收集激发出的荧光,使得系统性能提高,同时结构简单。用Zemax光学软件对扫描物镜的光学性能进行了分析。对机械结构进行了有限元仿真,确定了扫描臂转速。研究了当入射光与五角棱镜入射面不垂直及五角棱镜存在安置误差时,对系统分辨率的影响。结果显示设计的激光扫描光学系统具有一定的容差性。实验验证了所设计制造的扫描仪的性能,扫描图像具有良好的视觉效果,能够满足工业检测要求。     

圆周式无遮拦三反射镜光学系统设计

为满足无遮拦三反射镜光学系统体积小、光学性能高的发展需求,提出了一种圆周式三反光学系统.以近轴矩阵法求解的共轴三反系统为初始结构,在保证各二次曲面反射镜的焦点依次衔接的条件下,将各元件适当地倾斜偏心使系统无遮拦,并使系统的光路折叠在三个反射镜所围成的区域内,减小了系统体积.使用子午面对称的Zernike多项式曲面校正系统像差,提高成像质量.设计的非致冷长波红外光学系统焦距为310mm,F数为1.55,视场为1.774°×1.331°.各视场的调制传递函数在Nyquist频率(20lp/mm)处均高于0.52.     

应用四元数方法对光存储光学系统的建模

光存储中的光学系统是一种非同轴光学系统，其中各个光学元件的设计位置与装配精度是保证系统光线正常传输并获得准确信号的前提。四元数方法是一种可以方便地描述空间光线的传输计算与坐标变换的数学方法。通过将四元数引入到光学头光学系统的建模中，使用四元数法表征非同轴光学系统的传输方式，并给出建立光学元件的设计、安装参数与聚焦光斑、读出光斑之间关系的流程图。据此模型对各个独立的研究对象进行分析的结果，对光存储中光学系统的设计与生产装配工艺的制定有指导意义；同时,以此模型分析物镜的连续运动对光斑和读出信号的影响，对光学头中的可执行机构力矩器的设计有实践作用。     

Optical system design of the Dyson imaging spectrometer based on the Fery prism

Imaging spectrometer has obtained wide development since rich feature information can be obtained by it; now, we focus on its high spectral resolution and miniaturization. In this paper, we design the Dyson imaging spectrometer system based on Fery prism. The average spectral resolution is 4.3 nm and the structure of the total length is 229 mm. It is a small, high-spectrometer imaging system. The front and rear surface of the traditional prism are plane, but the surfaces of the Fery prism are spherical, which can provide some optical power to realize imaging function and produce the dispersion effect. The Fery prism does not need to be placed in the parallel optical path, which simplifies the collimator lens and the imaging lens and are necessary in the prism spectrometer, making it possible to obtain a compact spectrometer. Full-spectrum transmittance of the prism is up to 94 %. Compared to the convex grating, the energy efficiency is greatly improved, and the free spectral range is wider, and its dispersion will not bring higher-order spectral aliasing problem. The small high spectrometer only includes two components. Its spectral range is from 400 to 1000 nm, covering the near-ultraviolet to near-infrared. The various aberrations of the typical spectrum are corrected. The spectrometer is excellent in performance.     

薄膜对激光测距中棱镜器件选择的影响

分光棱镜是一些测距系统中的关键元件,而分光膜又是关键中的关键。采用45°与30°两种不同的分光棱镜,制备不同的分光膜。利用这两种棱镜作测距实验,发现在相同的天气和系统条件下,45°棱镜测距能力为800m;而30°棱镜测距能力为1800m。所以,在实际设计中一定要考虑分光膜的p偏振的影响。     

提高离轴三反射镜系统成像质量的途径

介绍了离轴三反射镜系统的设计方法 ,即在共轴三反射镜系统求得初始结构参数的基础上 ,将光阑置于第一面 ,适当离轴 ,在避免中心遮拦后再对系统进行优化。利用具有高次非球面项的镜面 ,并对镜面实施离轴、倾斜 ,这都能有效地提高离轴三反镜系统的成像质量。例举了一个大相对孔径、大视场角和一个相对孔径不大、视场角较小的离轴三反射镜系统作为设计的实例。通过对镜面加高次非球面系数、离轴量、倾斜量并进行优化 ,得到了成像质量良好 ,系统的总长度较小的结构     

分析双Amici棱镜角度误差对色散的影响

双Amici棱镜为复合棱镜结构,作为成像光谱系统中的分光元件,避免了单棱镜色散结构存在的多种问题。双Amici棱镜的加工生产要对其各个角度提出生产指标,而角度误差对于光谱成像系统的色散性是有影响的。针对一种编码孔径成像光谱仪,设计了符合性能指标要求的双Amici棱镜,并从光线追迹的角度出发,计算得到双Amici棱镜色散的数学模型。针对给出的一特定光学系统中的棱镜结构推导了棱镜各个角度单独对线色散的影响,并分析给出各个角度构成的误差链对线色散的综合影响,最终给出了棱镜的生产指标。分析结果有助于指导系统中该棱镜的加工生产。     

General method for determining the first order gradients of skew rays of optical systems with non-coplanar optical axes

Current commercial software for the analysis and design of optical systems uses finite difference (FD) approximation methodology to estimate the gradient matrix of a ray with respect to system variables. However, FD estimates are intrinsically inaccurate and are subject to gross error when the denominator is excessively small relative to the numerator. This paper avoids these problems and determines the gradient matrix of the exit ray traveling along an optical system with a non-coplanar axis. To achieve this, the gradient matrix of the rays reflected/refracted by flat or spherical boundary surfaces are first determined by directly differentiating the skew-ray tracing equations. By introducing a Jacobian matrix, which represents the partial derivatives specifying the rates of changes between boundary variables and element variables, one can obtain the gradient matrix of the exit ray of an element with respect to its independent variables. This methodology will be useful in the analysis of rays and in design of optical systems with non-coplanar axis. A right-angle prism is used as illustrative example to validate its applications.     

An optical method for wavelength fine-selection in optical spectrum analysers

This letter describes a novel optical method for wavelength fine-selection in the optical spectrum analysers(OSAs) for dense wavelength division multiplexing (DWDM) applications. The proposed new method employs a 'refractive optical lever'system consisting of a rotating optical wedge prism.A new OSA system based on Littman-type monochromator is proposed and the wavelength selection accuracy and resolution of OSA that has included such an optical lever system have been improved by a factor of 20 to100 depending on the wedge angle and offset orientation angle of the optical wedge prism. This proposed 'refractive optical lever' may also simplify the rotation mechanism of the mirror in the commercially available OSAs.     

消色差的1/4波长延迟器的几何光学设计

在许多光谱学测量和实验研究中,常需要一个消色差1/4波长延迟器来满足各种实验测量条件.这可以通过一个在工作波长范围内折射率变化较小的菱型棱镜来实现.为了使用方便,在光学系统中可设计一个具有三个全内反射面的V型棱镜,其总的相位延迟达90°,同时可避免光路偏差.在实际应用中,需对棱镜的尺寸和通光孔径进行优化设计,以达到最佳效果.在本文中,我们给出了具有这种结构的几何设计例子,还结合不同参量成功地设计研制了一个消色差的1/4波长延迟器,并应用于磁光材料的克尔效应测量中.文中给出了详细计算和误差修正,所给出的计算公式可用于其他尺寸的消色差1/4波长器的设计和研制.     

会聚光路图像自动稳定与跟踪

以往的多数红外光学导引头都是将整个光学系统置于高速旋转的陀螺转子上,这样不可避免地使光学系统像质受到损害,并且使结构变得复杂。本文从反射棱镜共轭理论出发,给出了在会聚光路用单一棱镜实现二轴图像稳定和跟踪的原理,并介绍了基于此原理的导引头,小型电视导引头等整体稳定的光学系统,也可以作为一个系统应用于某些武器系统中。     

Three-dimensional position measurement of a levitated nanoparticle in a vacuum by a Dove prism

Forward-scattering-light interferometry has become the most commonly used position detection scheme in optical levitation systems. Usually, three-set detectors are required to obtain the three-dimensional motion information. Here, we simplify the three-set detectors to one set by inserting a Dove prism. We investigate the role of a Dove prism in the position measurement process with an optical levitation system in vacuum. The relationship between the power spectral density and the rotation angle of a Dove prism is experimentally demonstrated and analyzed. This work shows that the Dove prism can greatly reduce the complexity of the experimental setup, which can be applied to compact optical levitation systems for studies in metrology, quantum physics,and biology.