高精度半导体激光打标机F-θ镜头设计

为保证半导体激光打标机F-θ镜头的扫描质量，实现系统像高与扫描角的线性变化，需对F-θ镜头给予一定的畸变量，并使其满足等晕条件。分析F-θ镜头工作原理及像差要求，根据1 064 nm半导体激光打标机的光源成像要求选择合适的玻璃材料，合理分配每片透镜的光焦度，以保证等晕成像；根据F-θ镜头线性成像要求，计算系统总畸变量为1.6%，系统总畸变量为系统的实际桶形畸变与相对畸变量之和；在光学系统优化设计时，引入这两项优化参数，优化过程中观察系统成像变化情况。设计结果表明:系统MTF曲线接近衍射极限，F-θ镜头相对畸变小于0.36%，各视场均方根半径均小于艾里斑直径，并且整个系统70%的能量集中在直径为16 μm的圆内，系统总畸变量为1.58%，满足设计指标要求。     

大工作面F-Theta镜头的光学设计

目前国内用于激光标刻机的F-Theta镜头的工作面积一般不超过φ420mm.国外虽有面积较大的F-Theta镜头,但结构复杂。通过初级像差分析,确定了镜头的初始结构参量,利用光学设计软件优化得到了工作面积为φ680mm的F-Theta镜头,它由四片两种普通玻璃球面透镜构成,光学筒长不到100mm,具有结构简单紧凑,聚焦性能接近衍射极限、线性畸变小的优点,满足大工作面打标的使用要求。     

KZnF3:Fe3+体系局域晶体结构的理论研究

本文采用对角化三角场中d5组态完全能量矩阵的方法,研究了KZnF3Fe3+体系的局域晶体结构和EPR参量之间的关系.在分析中我们引入了双层配位模型,即配位体包括Fe3+离子最近邻的6个F-离子和次近邻的8个K+离子.计算表明KZnF3Fe3+的局域结构畸变源于一个K+离子沿C3轴方向(即[111]方向)向Fe3+离子的移动,从而诱导F-离子的位移,使得Fe3+-F-键与C3轴夹角发生变化.通过计算EPR的低对称参量D和(a-F),我们分别得出室温(T=300K)时的畸变角为△θ1=2.58°,△θ2=-1.4°和低温(T7=77 K)时畸变角为△θ1=2.85°,△θ2=-1.40计算结果与实验观察值△θ1=2.8±0.3°,△θ2=-1.1±0.3°相符合.     

F·θ镜头的设计及其在光学传感器中的应用

本文简述了F·θ镜头的构型分类,光焦度分配,特殊的象质要求和校正等问题。并介绍了F·θ镜头在光学传感器中的应用及其设计,给出了象质满足衍射极限的系列实例。     

超广角大口径fθ透镜设计

分析fθ透镜的光学系统设计方面的一些问题,叙述由多片分离的弯月形透镜构成的超广角大口径fθ镜头的设计。     

基于Zemax的He-Ne激光光束聚焦物镜的设计

 为了得到一个合理的He-Ne激光光束聚焦物镜,采用以正前凸型为基础的高折射率双片结构,应用Zemax软件进行优化设计,获得了弥散斑直径为0.002mm的He-Ne激光聚焦物镜,该镜头只需校正轴上点球差。实验结果表明：设计的镜头比低折射率单片透镜得到的弥散圆直径更小,达到0.0019mm,球差被控制在-0.05mm～+0.05mm范围内,MTF曲线所围面积变大,中心点亮度增高,符合实际需要。     

超广角大工作面f-theta镜头的光学设计

 目前国内用于激光标刻机的f-theta镜头的视场角一般小于60°。采用望远镜结构,利用视觉放大率增大视场角,得到了超广角90°镜头。该方法具有简洁、可靠、易实现等特点。通过初级像差分析,确定系统的初级结构参数,利用ZEMAX软件优化得到了大工作面为285 mm的f-theta镜头,镜头线性畸变误差值不超过1 %,在半径为698 μm的圆内,能量集中度为80%,聚焦性能接近衍射极限。     

一种新的自动聚焦算法的研究

聚焦评价函数和极点搜索策略是自动聚焦的重要模块,直接影响聚焦的效果.为同时满足自动聚焦速度和精度上的要求,提出了一种新的自动聚焦算法.该算法综合了快速改进的灰度差分法和高精度小波变换法的优点,根据各阶段聚焦评价函数的梯度选择合适的评价函数和镜头移动步长,并且实现了从大步长快速粗扫到小步长精确细调的过渡.实验表明,与传统...     

一款宽光谱鱼眼镜头的设计

讨论了一款用于监控侦查的鱼眼镜头设计.首先根据使用要求,选择了可以由图像直接提取出目标方位信息的等距离投影方式;又由系统对目标分辨率的要求,选择了焦距相对较长的全帧成像形式.通过合理布局系统结构及材料选择,使各种像差得到较好的校正,并通过加大光阑慧差改善系统照度均匀性.最终设计出工作波段486～900nm,视场180°,F/2.8的宽光谱鱼眼镜头,设计结果系统全视场在乃奎斯特频率63lp/mm处的调制传递函数大于0.3,边缘视场照度大于中心视场照度的50%,f-θ畸变小于3%,各项指标满足系统要求.     

一款宽光谱鱼眼镜头的设计

讨论了一款用于监控侦查的鱼眼镜头设计.首先根据使用要求,选择了可以由图像直接提取出目标方位信息的等距离投影方式;又由系统对目标分辨率的要求,选择了焦距相对较长的全帧成像形式.通过合理布局系统结构及材料选择,使各种像差得到较好的校正,并通过加大光阑慧差改善系统照度均匀性.最终设计出工作波段486~900 nm,视场180°,F/2.8的宽光谱鱼眼镜头,设计结果系统全视场在乃奎斯特频率63 lp/mm处的调制传递函数大于0.3,边缘视场照度大于中心视场照度的50%,f-θ畸变小于3%,各项指标满足系统要求.     

修正的Korteweg de Vries-正弦Gordon方程的Riemannθ函数解

给出椭圆方程的一组Riemannθ函数解,结合它的一个Backlund变换,得到这个椭圆方程的无穷序列Riemannθ函数解.最后利用这个椭圆方程作为辅助方程,借助于符号计算软件Mathematica,得到了修正的Korteweg deVries-正弦Gordon方程的无穷序列Riemannθ函数解.     

利用等倾干涉测楔角的一种方案

提出一种利用等倾干涉测定透明平板楔角的方案,即通过测定任意互垂两个方向的夹角来推求出楔角数值和方位. 利用解析几何易于证明,二个平面之间所夹的二面角,可以通过某一方位的夹角,用以下关系确定(图1): 为了便于测量,可选二个方位相应的1、2来定,即取如果令,则得它们是严格成立的.从(3)出发,只要任意定一个和θ1>0相应方向,并测出θ,再转动平板π/2,测出θ>0方向及角值,θ0及其方位(和θ1>0方向夹角为自然定出·这种方案的误差来源于θ1、θ2值本身的测量;在等倾干涉中,测角误差与光点聚焦大小无关. 在实际问题中,θ0、θ1、θ2很小,(3)…     

离轴90°抛物面镜焦斑特性分析

随着离轴抛物面反射聚焦镜在激光加工领域的广泛应用,如何提高其聚焦光斑质量成为一个嗫需解决的问题.理论上,抛物面反射聚焦方式可以消除球差的影响,得到高质量的聚焦光斑.但是抛物面反射镜是最难调整的反射镜系统之一,对光轴失准的敏感度极高.细微的失准引发的像散将大大降低焦斑的光强.为了深化对其的认识,通过几何光学和物理光学的方法,对离轴90°抛物面镜应用于激光聚焦光路时,光轴的角度失准对聚焦光斑造成的影响进行分析.结果表明,细微的角度失准将导致焦斑面积大大增加,从而大大降低了焦斑的光强.并通过二阶矩法证明了角度失准将导致抛物面镜焦平面附近产生一对互相垂直的焦线,同时证明了两焦线所处z平面与焦点F的绝对距离相等,并与入射偏角θ呈线性关系.焦线的存在使入射高斯光束转变为椭圆高斯光,降低了焦面处的峰值光强.抛物面镜对角度失准的敏感度非常高,几个mrad的失准角将导致焦面处的峰值光强下降一半.     

532nm激光器光存储聚焦技术研究

在光存储系统中，为了保证存取信息所用的激光束准确地聚焦在记录介质表面上，必须具有精密自动调焦系统，该系统包括激光光源，扩束准直和整形光学元件，光学物镜，光电探测器，以及能上下运动的双轴力矩器。其中执行机构是在磁场中的双轴力矩器，线圈中电流不同时双轴力矩器拖动聚焦物镜上下移动，达到聚焦的目的。此过程中，位置探测器探测到焦点离存储介质表面的距离参数，并转化成聚焦误差信号，由此聚焦误差信号对物镜相对于存储介质的距离进行修正，从而使得激光束能准确地聚焦在介质表面上。结合532nm绿光，采用CDRW可擦写光盘，得到了约500nm的光存储斑。     

前沿动态

可深度加工的激光直写技术研究人员利用双光子聚合法制备了具有亚微米分辨率的有高度的复杂结构。双光子聚合法是通过聚焦激光束使光敏液体聚合,从而创建三维物体。但是,利用该技术制备的结构在高度上通常受显微镜镜头焦距的限制,该显微镜镜头用于使激光聚焦至样本。德国汉诺威激     

Pr:YIG晶体抗磁性Faraday转动谱的研究

在单电子模型下，用量子理论研究了Pr:YIG晶体中Pr3+离子的抗磁性Faraday转动（FR）谱.分别在温度为77K和300K时，计算了Pr3+离子的λF-1/2θ-λ2的变化关系，计算结果与实验值符合较好.证实了晶场为单态的离子，其抗磁性FR比顺磁性FR对交换场（或外场）有更大的依赖性，且与温度有关.在强交换场环境中，两种转动对FR的贡献有相同的重要性. 关键词： Pr:YIG晶体 单离子模型 抗磁性Faraday转动     

圆锥面PVDF聚焦换能器的非线性声场理论及实验研究

圆锥面聚焦换能器可在超声成像中获得较好径向分辨率的同时提高探测深度.利用高斯声源函数叠加法来近似表示圆锥面聚焦声源的分布函数，结合近轴近似的KZK方程，得到了圆锥面聚焦换能器在损耗媒质中产生的基波、二次谐波声场的解析解.在实验上制作了PVDF圆锥面聚焦换能器，测量了圆锥面聚焦换能器的基波及二次谐波声场，实验结果和理论计算相符.     

TeO2晶体中非同向声光互作用的精确分析

在分析了关于非同向声光可调谐滤光器的两种设计理论的基础上,得到了在严格满足切面平行动量匹配条件下,大角孔径可调谐TeO_2滤光器的θ_a-θ_i曲线.所得的曲线明显地修正了Chang的θ_a-θ_i曲线,对TeO_2声光滤光器的正确设计提供了可靠的理论依据.     

一种基于图像清晰度函数的调焦机构限区间变速控制方法

针对自动聚焦耗时长的问题，通过对调焦过程中图像清晰度的变化规律进行分析，在调焦范围内确定了有效区间，根据清晰度变化斜率调整驱动速率，改进并实现了一种调焦机构限区间变速控制方法。与常规的控制方法相比，本文方法具有行程短、速度快和精度高的优点。实测结果表明，该方法最短聚焦时间小于1.5 s，可以作为同类光学镜头通用的自动调焦控制方法。     

层流平衡相对论电子束束流特性的数值计算

通过对层流平衡相对论电子的运动微分方程组进行数值求解,得到正则角动量在pθ=0,pθ=const.和pθ∝r2三种情况下,束流的传输特性.针对pθ=0的相对论实心电子束,利用数值求解得到了与解析方法一致的结果,从而验证了数值方法的合理性;针对无法用解析方法求解的pθ=0环行电子束、pθ=const.和pθ∝r2的情况,利用数值方法得到了束流和空间极限电流关于波导、电子束结构和二极管电压等参数的变化规律及对轴向导引磁场的要求.计算结果表明:当相对论电子束以层流平衡态传输时,环行束较实心束具有更高的空间极限电流和更低的轴向导引磁场,且当阴极发射面与导引磁场的磁场线垂直时,维持电子束层流平衡所需的轴向导引磁场最低;电子束在有限磁场导引下以层流平衡态传输时,空间极限电流明显大于无限大磁场导引下一维近似的情况.利用数值方法对层流平衡相对论电子束进行理论研究,更全面地揭示了电子束在正则角动量满足不同条件时的束流特性,为设计新型结构的高功率微波器件提供理论参考.