角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性

 角锥棱镜阵列具有溯源反射和准相位共轭两大特点,可在一定程度上补偿高平均功率固体激光器的热畸变。但由于这种角锥棱镜阵列自身的缺陷和由它构成的谐振腔输出激光模式众多的特点,限制了其在谐振腔中的应用。分析了角锥棱镜阵列谐振腔产生多模输出的原因,提出了采用腔内滤波的方法实现单模输出。理论模拟和实验研究结果表明：利用该方法可较好地改善阵列角锥棱镜谐振腔的输出特性,获得了近5倍衍射极限的输出。     

角锥阵列改善固体热容激光器光束质量

 为改善光束远场质量,探索研究了角锥反射器的应用,利用角锥棱镜的准相位共轭特性,将角锥棱镜阵列作为热容激光器的后腔镜,抑制腔内波前畸变,并通过数值模拟计算对角锥阵列的单元边长进行优化设计。实验结果表明:角锥阵列对光束远场质量有明显的改善,当角锥阵列的单元边长为4 mm时,实现光束远场7倍衍射极限输出。     

利用含二面角误差的角锥棱镜阵列实现反射光束均匀发散的方法

角锥棱镜常应用于光电跟踪、卫星通信、干涉仪等领域.在一些特殊应用场合中,要求经角锥棱镜反射的光束具有一定的发散角,以实现对距离激光器较远位置处探测器的覆盖.由于标准角锥棱镜不具备对光束发散的功能,本文利用含二面角误差的角锥棱镜对反射光束的不均匀发散特性,提出利用角锥棱镜阵列实现对反射光束均匀发散的方法和设计原则.采用衍射光学理论分析了所提方法及其设计原则的可行性,并依此设计了一个发散半角为0.5 mrad的角锥棱镜阵列.分析了光束参数、结构参数对反射光束远场衍射特性的影响,结果表明,入射光斑强度分布对反射光束发散半角没有影响,当角锥阵列满足点光源条件时,传输距离对反射光斑的角向均匀性没有影响;当阵元数超过一定值时,均匀性不再显著变化,但反射光斑的强度将进一步增加.在工程应用中,角锥棱镜阵列安装方位角误差对反射特性影响不显著,但角锥棱镜二面角的加工精度对反射特性影响较大,可通过进一步增加阵元数加以解决.     

微正方形角锥棱镜定向反射特性

对微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的特性进行了理论研究和模拟。证明了其定向反射特性 ,并利用几何光学方法解决了全反射条件对入射孔径角的限制 ,以及单元有效反射面积对定向反射率的影响问题 ,同时也给出了阵列器件表面反射对定向反射率的影响。为了便于比较 ,也给出了微三角形角锥棱镜阵列定向反射器的单元反射面积。所得结果为微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的制作提供了理论依据。     

微正方形解锥棱镜定向反射特性

对微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的特性进行了理论研究和模拟。证明耻其定向反射特性,并利用几何光学方法解决了全反射条件对入射孔径角的限制,以及单元有效反射面积对定向反射率的影响问题,同时也给出了阵列器件表面反射对定向反射率的影响。为了便于比较,也给出了微三角形角锥棱镜阵列宇向反射器的单元反射面积。所得结果为微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的制作提供了理论依据。     

基于Tracepro的微棱镜反光膜正入射无效光分析

为了提高反光膜的逆反射率,对正入射时微棱镜反光膜的无效光特性进行了研究.利用几何光学原理对单个角锥的无效光出射方式进行了分析,得到了单个角锥无效光的出射特性.在单个角锥的基础上,进一步分析了角锥阵列中无效光的传播特性,发现部分无效光能完成逆反射.分析了无效光在角锥阵列中的反射机理及无效光反射率随角锥阵列底厚变化的规律,利用Tracepro软件进行了仿真验证,得到单一无效区逆反射率变化曲线及小阵列逆反射率变化曲线.仿真结果证明了分析的正确性及底厚对无效光的重要影响,并给出了合理设计角锥棱镜阵列形状及底厚的建议,为提高微棱镜逆反射率、合理设计角锥棱镜底厚提供了理论依据.     

色分离光栅对输入波前畸变宽容度的研究

 采用频域分段的方法，对强激光系统的波前畸变进行了理论分析；使用随机相位屏构建低频畸变波前模型，并提出采用迭代算法构建中高频畸变波前模型。使用构建的畸变波前模型作为输入，通过模拟计算，给出了色分离光栅对输入波前畸变宽容度的初步规律。     

角锥棱镜的误差引起的反射光束相位误差分析

提出一种计算角锥棱镜反射光束相位误差的方法.光束通过非理想角锥棱镜时会引入一个附加光程差,从而改变光束的相位特性和反射光束的传播方向.在小误差近似条件下,采用光线追迹法建立了一个有效的数学模型,计算角锥棱镜的二面角误差和反射面面型误差引起的传输光束的附加相位,并分析了该模型的理论误差.在二面角误差为1",反射面面形光圈数小于0.5的条件下,该模型的数值仿真结果显示角锥附加相位具有高度的中心对称性,附加相位对入射光束引入的相位平均斜率为零,这一特性与误差的种类和大小无关.角锥棱镜的附加相位模型为分析其在应用中给系统带来的误差提供了一个新的方法,有助于指导不同应用场景中所使用角锥棱镜的加工指标要求.     

利用平凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束发散的方法

角锥棱镜常被用作光电测距和光电跟踪的合作信标。在一些特殊应用场合中,要求被角锥棱镜反射的光束具有一定的发散角,以实现对远场不同位置处激光器和探测器的全覆盖。标准角锥棱镜不具备对光束发散的功能,但是可以利用角锥棱镜中光束出射点与入射点不同的特性,在标准角锥棱镜前加装平凹透镜来实现对反射光束的发散。采用理论分析方法和几何光学追迹模拟方法分析了利用平凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束发散的可行性,同时研究了反射光束发散半角与入射光束参数和平凹透镜几何参数的定量关系。理论和模拟结果都表明,当入射光束半径小于平凹透镜半径时,反射光束的发散半角随入射光束半径准线性增加;平凹透镜曲率半径越小,反射光束发散半角越大。     

一种基于哈特曼传感器的角锥棱镜检测方法

在使用角锥棱镜前对其进行检测,选取误差较小的棱镜是一项关系到整个测量工作结果的重要任务。因此,提出一种用哈特曼波前传感器全面检测角锥棱镜角度误差和面形误差的技术方案,从理论上分析了哈特曼法的测量原理,深入研究了光经过角锥棱镜后的波面重建,给出了波面特征与角锥棱镜误差参量之间的关系。在试验中验证了这种方法的正确性和可行性。     

角锥棱镜的直角面面形问题

从一个侧面论述了角锥棱镜直角面面形误差所导致的出射波面像差及两面直角误差之间的定量关系 ,因而可以分别从后两者的精度要求提出对面形误差的要求。对于高精度的角锥棱镜 ,直角面面形问题应如同两面直角误差一样受到重视和关注     

星载激光测距合作目标的光学设计

运行于空间轨道的角反射器由于受相对速度的影响,必须进行速差补偿。针对轨道高度为20000km的角反射器,确定了能够接受的直角面平面度;针对几何光学方法速差补偿的不准确,运用衍射原理,对速差补偿的效果按角差的不同进行搜索,得到了比较理想的结果,确定了角反射器的参数。     

角隅全反镜谐振腔激光器的输出特性

 在高功率脉冲气体激光器中，用角隅反射镜作为全反镜，平行平面镜作为输出镜构成角隅全反镜谐振腔。对角隅腔激光器的输出特性和抗失调稳定性进行了研究，并与平凹腔和平平腔激光器进行了比较。实验结果表明：在角隅全反镜失调角为16 mrad时，角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降9.2%，且近场输出光斑没有明显变化；而凹面全反镜失调角仅为0.4 mrad时，平凹腔激光器输出能量下降了9%，近场输出光斑严重变形。在输出镜正前方3.12 m处测量，当角隅镜偏转16.3 mrad时，激光器输出光斑与标准状态时的输出光斑重合；凹面全反镜失调角为0.4 mrad时，激光器输出光斑位移14 mm。经模式仪分析表明，角隅腔激光器近场光强分布均匀。     

一种线性相位反演波前测量方法的原理和性能初步分析

对一种基于线性相位反演的新型波前测量方法的基本原理和性能进行了研究。事先对成像光学系统的自身像差进行定标并记录下定标图像。传感器工作时只需测量出有像差时的一幅远场图像与定标图像的差,就可以用线性矩阵相乘方法得到待测像差对应的泽尼克多项式系数。讨论了这种线性相位反演波前测量方法中确定泽尼克模式复原矩阵的方法。以大气湍流畸变波前像差的测量为例,对这种线性相位反演波前测量方法进行了数值仿真研究。结果表明,这种线性相位反演算法具有空间分辨力高、对小像差测量精度高的特点,但测量动态范围有限。这种线性相位反演波前传感器将适用于自适应光学闭环系统。     

机载角反射器阵列设计

 低轨目标目前流行的类半球状布阵方式的远程角偏小,测距盲区较大。对角锥棱镜进行研究分析,依据角反射器光束入射角度允许变化范围,合理分布角反射器,设计了一机载激光反射器装置,外形尺寸为119 mm×88.8 mm,共有15个角锥棱镜,底面切割成正六边形,底面边长为15.5 mm,底面对边距为26.87 mm,有效通光口径为25 mm,高为19 mm。考虑到角反射器的速差效应及其补偿要求,角锥棱镜最大角误差为5″,面形最大误差为5″。通过合理设计,比较单层角反射器,增加了入射光允许的角度范围,大大减小了低轨目标的测试盲区。     

大口径超薄镜面对畸变波前的补偿

针对低频波前对光束质量的影响,优化设计了一个口径为300mm、半径与厚度比为20的薄型光学镜面,被用来对低频随机畸变波前进行补偿,并详细分析了补偿前后的光束质量变化。结果表明:无论是低频随机相位空间尺度参数变化,还是低频相位振幅参数发生改变,低频畸变经过补偿后,畸变波前明显变小,相位梯度在整个空间周期内都降低,远场强度的峰值增加,能量更集中,且能量集中度最高提高约50%。     

长焦距宽波段光学系统二级光谱及畸变——波差法参数求解(续)

本文论述了用波差法求解星模拟器上的光学系统各透镜光焦度和曲率半径的方法。为了校正长焦距、宽谱段光学系统二级光谱与畸变，系统的前后组分别在正逆光路下，各自保留约同值反号的位置色差及球差，用波像差法能较准确的解出其解。     

Dynamics of laser-induced shock wave by optical probe in air

A new simple optical system based on optical beam deflection combining the holophote corner cube was developed in order to study the dynamics of laser-induced shock waves in air. In this method, we adopt a He-Ne laser beam as the detection beam. The He-Ne laser beam, reflected by corner cube, intersects the propagating shock wave at two successive positions. The measurement of the shock wave velocity benefits from the double peak signals induced by the same acting laser pulse, which is calculated from the time interval between the corresponding oscilloscope signals and the distance of the two He-Ne laser beams. By virtue of this setup, we are also able to determine the pressure of the generated shock waves. It is shown that this method is simple with a fairly good precision and is much easier than the conventional methods used for this task.     

曝光系统离焦对平面全息光栅衍射波前的影响

波前像差是衍射光栅的重要技术指标，它直接影响光栅的分辨率。由光致刻蚀剂记录两束相干光干涉条纹是制作全息光栅的关键步骤。为了提高全息光栅曝光系统调整精度、减小离焦、降低光栅的衍射波前像差，从离焦对反射球面准直镜的准直光平行度的影响程度出发，分析了准直光平行度对全息光栅衍射波前像差的影响。理论分析和数值模拟结果表明，准直镜调整误差直接决定全息光栅衍射波前像差大小。以3种不同刻线密度光栅为例，得出了准直镜调整误差的允许变化范围。