光通信系统中分光系统光学调整的误差分析

在平行光路中,光学系统的光学元件的误差或微量运动可抽象为绕定点的微量转动,其成像关系可归结为在微量转动下物像共轭关系的依次迭代,利用光学系统这种动态成像关系的思想,建立一个统一的光学调整及误差分析的数学模型。利用此模型分析光通信系统中分光系统的机械安装误差对系统的影响,建立每个反射镜的机械调整坐标,从理论上指导分光系统中每个反射镜的机械调整,最终使通信激光发射系统和精信标激光接收系统的光轴平行度达到5。     

压制观瞄系统多光谱光轴平行性调校技术研究

鉴于压制观瞄系统光轴平行性是实现精确压制的一项指标,其特殊性在于保证回转机械轴、可见光轴、激光光轴的平行性,提出一种采用双光楔对压制观瞄系统光轴进行调校的方法, 通过转动双光楔,使光轴发生偏转,从而完成各光轴的平行。通过分析压制观瞄系统的结构,重点介绍了双光楔调校的原理与方法,并建立数学模型。采用Matlab对数学模型进行仿真,基于该调校原理搭建实验装置进行试验,试验结果表明,采用双光楔进行光轴调校方法可使三轴调校后的平行度误差不超过0.1 mrad。     

空间旋转多光轴平行性校准技术

空间旋转多光轴系统光轴平行性影响系统指向精度且校准难度高、耗时。基于空间旋转多光轴系统光轴校准原理,获得了校准理论模型;结合实验研究,建立了高精度光轴校准方案;以机械回转轴为基准,粗调准和精调准结合,以调整传感器安装面为粗调,借助双光楔实现光学量级的精校准;先校正可见光光轴与机械回转轴的平行性,再保证激光光轴与机械回转轴的平行性,最终保证可见光光轴与激光光轴的平行性。试验结果表明,该校准方案精度高,指标优于0.1 mrad,可用于实际工程装调。     

利用调整技术补偿离轴抛物面反射镜面形误差

为了提高光学系统的成像质量,对离轴抛物面反射镜的面形准确度要求越来越高,这大大增加了反射镜的加工难度.本文基于波像差理论,分析了在离轴抛物面反射镜中调整量引入的波像差,提出通过适当调整离轴抛物面反射镜的位置补偿反射镜的面形误差,可以降低离轴反射镜的加工难度、缩短其加工周期、减少加工成本.并借助于ZEMAX软件对一块面形准确度低于λ/40RMS(λ=632.8nm)离轴抛物面反射镜进行仿真实验,根据理论计算的调整量调整反射镜的位置,得到了补偿后的离轴抛物面反射镜的面形误差小于λ/60RMS,仿真结果表明在离轴抛物面反射镜中引入适当的调整量可以有效地补偿反射镜的面形误差.     

利用调整技术补偿离轴抛物面反射镜面形误差

为了提高光学系统的成像质量,对离轴抛物面反射镜的面形准确度要求越来越高,这大大增加了反射镜的加工难度.本文基于波像差理论,分析了在离轴抛物面反射镜中调整量引入的波像差,提出通过适当调整离轴抛物面反射镜的位置补偿反射镜的面形误差,可以降低离轴反射镜的加工难度、缩短其加工周期、减少加工成本.并借助于ZEMAX软件对一块面形准确度低于λ/40 RMS (λ=632.8 nm)离轴抛物面反射镜进行仿真实验,根据理论计算的调整量调整反射镜的位置,得到了补偿后的离轴抛物面反射镜的面形误差小于λ/60 RMS,仿真结果表明在离轴抛物面反射镜中引入适当的调整量可以有效地补偿反射镜的面形误差.     

多视场定焦距CCD摄像系统结构设计及调校

针对多视场定焦距CCD摄像系统按照传统光机结构设计方法造起各光轴平行性容易偏移和系统占用空间较大等问题,提出多视场定焦距CCD摄像系统的光机结构可以以一个精密铸件为基体,铸造出每个视场的内腔毛坯形状,通过数控机械加工和可靠的装调方法保证各视场光轴的平行性和稳定性。装调完成后进行冲击和振动试验,结果表明:该多视场定焦距CCD摄像系统各视场光轴的平行性误差不大于0.2 mrad;各视场光轴的稳定性误差不大于0.1 mrad。因此,该结构设计方法是可行的,它具有结构紧凑、体积小,各光轴平行性和稳定性容易保证,可靠性高等特点。     

椭圆、抛物面凹反射镜之间光学性质的关系

在现代无线电通讯等应用中，为了增强接收信号，人们将接收天线制成旋转抛物面，这是利用了抛物线的光学性质，图１即抛物线焦点处的点光源射到抛物线的凹反射镜上，反射后与其对称轴平行（如图１），或者说平行于抛物线对称轴的光射到抛物线的凹反射镜上，反射后会聚在其...     

轴对称非球面透镜光轴共轴度的测量研究

介绍了一种轴对称非球面透镜的光轴共轴度的测量方法。激光管发出的光束经束腰变换透镜入射到被测透镜的非球面表面,由CCD摄像头接收非球面的反射激光光斑,CCD的光敏面位于反射激光光束的束腰位置;调整被测透镜位置,直到激光束腰中心位置不随被测非球面透镜的旋转而变化,这说明被测透镜的非球面对称轴与机械旋转轴重合;再利用球面偏心测量原理检测被测透镜球面一面的偏心量,即可以求得被测非球面透镜的光轴共轴度。该测量方法的误差小于20″。该方法适用于判定非球面透镜和非球面反射镜是否合格,以及调整非球面透镜的制造工艺。     

自准直法测凸透镜焦距易发生的错误

自准直法测凸透镜焦距是一种常用的比较简单的实验方法,但往往由于观测的不是凸透镜焦平面上形成的象而造成错误,本文就此问题作如下分析。自准直法测凸透镜焦距原理:如图1,当物体尸处在凸透镜的焦平面上时,由P发出的光线通过透镜L折射后成平行光,如果在透镜后面放一个与透镜光轴垂直的平面反射镜M,此平行光经M反射后再次通过透镜,仍会聚于透镜光轴的对称位置上。也就是说,象相对于物为大小相等的倒立实象,物距、象距均等于该透镜的焦距。     

太阳能槽式系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响

针对太阳能槽式系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响进行了理论、模拟和实验研究。研究结果表明,平行光下反射镜玻璃越厚,入射光线距光轴距离越远,ΔX、ΔY越大。对焦距为1200 mm,反射镜玻璃折射率为1.6的槽式系统进行了理论计算,玻璃厚度为1 mm的反射镜,当距光轴距离为200 mm和2000 mm时,ΔX为0.03 mm和1.69 mm,ΔY为0.19 mm和0.31 mm;当距光轴距离仍为2000 mm时,玻璃厚度为5 mm的反射镜,ΔX为8.41 mm,ΔY为1.55 mm。通过TracePro模拟以及实际实验测量,结果与理论计算相符。     

Design and Evaluation of an N:N Optical Coupler Using an Integrated Waveguide Mirror

We proposed and fabricated an N:N optical coupler using an integrated waveguide mirror. Optical circuits can be miniaturized with small bending by reflecting mirrors. The parabolic curve was applied to the mirror shape because it was necessary to collimate the reflected beam so as to distribute the input light to the output waveguides. We fabricated the 8:8 optical coupler using silica waveguide. The chip size was about 7mm x 15mm. The excess loss of the device was about 8 dB larger than simulation results calculated using beam propagation method. The dependence on the wavelength and polarization was about 0.4 and 0.15 dB, respectively. The excess loss was mainly attributed to the mirror tilt and will be reduced by optimizing the etching conditions to decrease the mirror tilt angle.     

基于LABVIEW的多光轴平行性测试方法

针对现代光电武器系统中多种传感器光轴平行性的检测问题,提出了一种基于LABVIEW的高精度多光轴平行性检测方法。该方法以离轴式大口径抛物镜面平行光管法原理为硬件设计基础。利用LABVIEW的高效率模块化功能和LABVIEW-Vision的强大图像处理功能实现该检测方法的软件设计。经试验验证,该测试方法误差小于5″,满足光电武器系统多光轴平行性测试要求。     

失调多腔镜型环形谐振腔共轭光轴位置精度分析

为了详细分析由多个反射镜构成的谐振腔内的闭合光轴(共轭光轴)的特性以及存在条件, 首先从光束传输坐标变换的角度, 分析了由多个平面镜所构成的谐振腔的共轭光轴存在条件, 得出了奇数平面镜谐振腔仅当平面镜间具有高精度的相同垂直度时才存在闭合光轴, 而偶数平面镜谐振腔总是存在闭合光轴的结论, 并给出了腔共轭轴随腔镜方向失调而产生的角度变化关系. 然后从矩阵光学的角度分析包含球面镜的谐振腔的共轭光轴在腔镜间传输时的方向变换问题, 具体分析了由两个平面镜和一个球面镜构成的三角形环形谐振腔的闭合共轭光轴存在的问题. 结果表明, 当不同的镜子出现角度偏差时, 腔内仍然存在闭合的共轭光轴, 并给出了对应的腔轴变化以及新谐振面的位置及方向. 由此表明由于球面镜的加入降低了谐振腔共轭轴存在性对平面镜间高精度平行度的要求, 为基于高品质光学无源腔的光谱测量技术的高精度装调工作提供了理论指导.     

Beam alignment with the axis of a rotation stage for laser fabrication of microcircular structures

An optical technique to align laser beam with the axis of a rotating stage is proposed for laser fabrication of circular microstructures. The laser beam is first aligned parallel to the rotation axis and subsequently adjusted to coincide with the axis. An optical arrangement consisting of two quadrant photodiodes for the x- and y-directions and a specially designed beam splitter is utilized for the alignment. Mathematical modeling of the alignment system is carried out to estimate alignment errors caused by misalignment of mirror surfaces in the beam path. It is shown that parallelness of the laser beam to the rotation axis is a key factor to reduce alignment errors. The proposed method was applied to a microstereolithography system and proved that the laser beam can be aligned within a distance of about 25 μm from the rotation axis.     

两路120 W固体激光高光束质量相干合成

通过主动相位控制实现了两路固体激光器的高光束质量相干合成输出,总输出功率达到240W。建立了两路120W板条激光放大器,通过光束整形获得了高光束质量方形光斑,并实现了高占空比光束拼接,填充因子高于92.4%。研制了光轴一致性探测与控制系统,采用基于压电陶瓷的快反镜实现了光轴的高精度闭环控制,两束激光光轴一致性优于2μrad(RMS)。设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的相位探测与控制系统,用随机并行梯度下降算法(SPGD)锁定了两束激光的活塞相位。相位闭环后,远场光斑峰值提高到开环状态的1.7倍,为理想值的84%。合成光束主瓣包含67%的激光总能量,光束质量(BQ)为1.1。     

基于微扫描镜的激光投影

利用微机械加工技术制造出一种新型微扫描镜,结合半导体激光器,可用于投影显示.激光器发出的光束被两个分别沿着X轴、Y轴扭转的镜面相继反射,扫描出二维图形.实验测得扫描镜在15 V电压,频率为扫描镜谐振频率2倍的方波信号驱动下,镜子的光学扫描角度达±12°.由于每个镜子都沿各自轴以简谐规律扭转,扫描所得投影为李萨如图形.通...     

Walk-off ring-down spectroscopy: attaining ultrafast resolution by converting time into space

A new technique for monitoring time-resolved phenomena is demonstrated by which a probe beam is directed into an optical cavity. Spatially separated output pulses are produced by directing the incident beam into the cavity in such a way that it walks in a direction transverse to the optical axis as it propagates between the two mirrors. This effect may be achieved either by a plane-parallel resonator oriented at a nonzero angle of incidence or by a wedge cavity, for which one of the mirrors is set at an angular offset. The spatially resolved output train may then be related to the time-dependent attributes of the resonator and the molecules it encloses. Time resolution is controlled by the separation of the mirrors, wedge geometry, and the angle of incidence. A time resolution of better than 4 ps is achieved using a 500 µm mirror separation and a 20° angle of incidence.     

非球面光学反射镜的装调方法

针对通过胶粘固定的口径为230 mm非球面反射镜的装调要求,选用无像差面型检测法,通过对3个关键过程,即底板与裸镜的粘接,镜框与底板的连接,光学定心加工的实验研究,提出使粘接应力及结构件传导应力变化量达到最小的微应力装校方法,并通过光学定心加工标定出非球面反射镜的光学中心。装调结果表明:对于口径为230 mm的非球面反射镜,微应力装调后面型精度0.02;光学中心偏心量5 m,分划板表面与光轴垂直度误差2.5。     

Application of Novel Focusing Mirrors in Gyrotron Transmission Lines

A novel focusing mirror based on the shifting of the beam phase according to the Gaussian beam optics enabled us to realize a focusing elements with different focal lengths in different directions and to convert the gyrotron output into a Gaussian-like beam. In this paper, we compare the quality of beams produced by the new system (which includes novel mirrors) and a conventional system consisting of a quasi-optical antenna, an ellipsoidal mirror and two parabolic cylinder mirrors.