自聚焦透镜的光斑尺寸与像差特性分析

对自聚焦透镜的光斑尺寸和像差特性进行了理论分析.利用自聚焦透镜光斑测量系统对样品的出射光斑进行了扫描,测得了光斑的大小；用读数显微镜和正方形网格图分别测量了样品的球差和畸变,并对光斑的测量作了误差分析,讨论了球差与畸变、光斑和像差之间的关系.所得结果对光斑质量的改善、像差特性的研究和自聚焦透镜的评估有一定的参考价值.     

自聚焦透镜的傅里叶变换性质及成像性质

对自聚焦透镜的二维傅里叶变换性质,成像性质以及脉冲响应作了系统论述.并从理论上对自行研制的自聚焦透镜的光斑尺寸进行了计算.在不考虑像差的情况下,直径为1.8 mm的透镜其出射光斑直径为1.2 μm,利用狭缝扫描法进行了实际测量,测量值为1.5 μm,理论值与实验值基本吻合,从而说明理论分析的合理性.     

非球面液滴微透镜固化控制和焦斑测量研究

利用电场改变液滴透镜的面形得到非球面,并实时检测其面形和焦斑图像,在适当的时候用紫外光固化液滴制作具有良好光学性能的非球面微透镜.比较了非球面液滴微透镜在固化前后面形、焦斑的变化和对透镜性能的影响,讨论了液滴透镜在固化过程中变形的机理和相应的解决方法.用分辨率50 nm的光斑探针扫描仪精确测量了固化后的非球面微透镜的聚焦光斑,测得了光斑轴向分布曲线和均方根直径3.384μm的聚焦光斑,经图像处理计算了透镜的点扩散函数和光学传递函数,评价了所制作的非球面微透镜的聚光和成像能力,并给出了透镜的实际成像图像,对于完善高品质非球面微透镜及其阵列的制作工艺具有重要意义.     

自聚焦透镜离轴耦合损耗理论研究

利用光线光学的原理分析了自聚焦透镜的光学性能,提出了求解自聚焦透镜离轴耦合损耗的数学模型,利用这一模型计算出了单模光纤与自聚焦透镜离轴耦合时的耦合损耗与模向距离的关系曲线,为自聚焦透镜离轴耦合的设计提供理论依据.     

以物像等大成像法同时测量自聚焦透镜的轴心折射率n_0和聚焦常数g

本文通过对目前自聚焦透镜光学参数测量方法的分析,提出了能同时测量自聚焦透镜轴心折射率n_0和聚焦常数(二次梯度常数)g的物像等大法,所得结果表明该方法有实用价值,同时可简化测量设备。     

一维自聚焦透镜及其应用

利用平板自聚焦透镜材料进行离子交换,制成一维自聚焦透镜.分析了平板自聚焦透镜的离子交换原理和折射率分布形成过程,测量了不同厚度时,折射率分布常量A的值.介绍了透镜的应用,并用一维自聚焦透镜制成小型半导体激光器耦合器件.     

自聚焦透镜列阵的设计原理与制造

讨论了自聚焦透镜及其列阵成像的规律.根据所需列阵的共轭距离,分辨率等确定单根自聚焦透镜的几何尺寸和光学参数,设计出复印机用的自聚焦透镜列阵.最后,对列阵的制造作了初步介绍.     

内窥式扫频光源光学相干层析系统的探头设计

利用自聚焦透镜和单模光纤搭建了基于光纤旋转连接器的内窥式扫频光源光学相干层析成像系统.利用Zemax模拟了内窥探头的光学性能,分析了光纤到自聚焦透镜的距离和自聚焦透镜节距对探头性能参量的影响.在综合考虑元器件成本以及成像要求后,选择无需定制,节距为0.24Pitch的自聚焦透镜,确定光纤与自聚焦透镜之间的距离为0.7mm.经实验测得该系统的横向分辨率约为19.5μm,纵向分辨率约为9μm,工作距离约为7mm,成像深度为6.2mm(空气中),与理论值接近.为了验证该系统对生物组织的成像性能,利用该系统对猪食道进行离体成像,重建后的层析图中可以明显地观察到猪肠道的表皮层和固有层.测量系统的各项成像性能参量以及对生物组织的成像性能表明该探头在内窥成像中是可行的.     

自聚焦透镜列阵重叠度的研究

本文讨论了自聚焦透镜列阵重叠度,分析了重叠度对分辨率及照度分布的影响,并对一系列单根自聚焦透镜和两列自聚焦透镜列阵作了测量,得到了制造自聚焦透镜列阵的一个重要依据.实验中总结出照度分布不均匀规律的经验公式.     

使用自聚焦透镜测量小位移的新方法

提出一种使用自聚焦透镜构成的光强度调制的光学位移测量原理，利用发光二极管作光源，光从第一根自聚焦透镜发出，然后受到反射镜的反射而进入第二根自聚焦透镜，当反射镜有小位移时，进入第二根自聚焦透镜的光强度被调制，用光电管检测光强度的变化，可以确定位移的大小。根据该原理，位移分辨率的理论值可达１０＾－９ｍ，实验测量的位移分辨率为１０＾－８ｍ，该原理亦可用于测量小振动和压力等量。     

数码裂隙灯显微镜光学系统的设计与实现

利用光学设计软件Zemax设计了一套具有6×,10×,16×,25×与40×放大倍率的五档式数码裂隙灯显微镜光学系统.在传统体视裂隙灯显微镜光学系统结构的基础上将数码型裂隙灯显微镜划分为共用前置物镜、伽利略望远镜、摄影物镜三部分,用平行式伽利略望远镜系统结构来改变倍率.研究了共用前置物镜、伽利略望远镜及摄影物镜的光学特性与技术指标要求,选取了合适的透镜类型.在共轴时拥有良好的成像质量基础下,将光学系统过渡到非共轴情况,再进行优化.优化后除40×时衍射极限较低外,在6×,10×,16×,25×情况下系统调制传递函数曲线值在空间频率为115lp/mm处基本大于0.2,点列图显示不同倍率下的弥散斑大小均基本小于艾里斑.该光学系统具有良好的成像效果,且整体结构简单,易加工,成本低,其性能很好地满足了整机要求.     

Optical characterization of high speed microscanners based on static slit profiling method

Optical characterization of high-speed microscanners is a challenging task that usually requires special high speed, extremely expensive camera systems. This paper presents a novel simple method to characterize the scanned beam spot profile and size in high-speed optical scanners under operation. It allows measuring the beam profile and the spot sizes at different scanning angles. The method is analyzed theoretically and applied experimentally on the characterization of a Micro Electro Mechanical MEMS scanner operating at 2.6 kHz. The variation of the spot size versus the scanning angle, up to ±15°, is extracted and the dynamic bending curvature effect of the micromirror is predicted.     

一种新型光学渡越辐射光学特性的测量方法

为了解决理论测量中,光学渡越辐射焦平面的空间角分布与像平面的束剖面光路互相影响,难以同时测量,提出了一种新型的光学渡越辐射光学特性的测量方法.介绍了其光路原理和结构方案,分析了测量结构中的OTR镜头、分光棱镜与铅屏蔽结构的技术难点与解决方法.结果表明：系统克服了单功能测量、成像质量差等缺点,在ICCD相机上能够同步获得较好的光学渡越辐射的束剖面和空间角分布图案,且基本屏蔽了对图像采集有着强烈干扰的X-射线等高能辐射.     

激光位移传感器的光学系统设计

针对目前国内自主研制的激光位移传感器精度低,测量范围小等问题,提出了一种采用光学设计软件预先仿真整个激光位移传感器光学系统的方法。在分析系统各部分的光学特性的基础上,结合具体要求设计了一个激光位移传感器的光学系统,其工作范围为（50±10）mm。采用系统分割的方法,将整个光学系统分为两部分进行设计,第一部分是激光束的整形透镜,要求在有效的工作范围内得到小而均匀的出射光斑,设计结果表明,在测量范围内,光斑大小能够控制在10-1mm量级;另一部分是被测面散射光接收的成像物镜,该系统的特点是物面和像面相对于光轴都有一定的角度,实验结果表明其成像满足Scbeimpflug条件。     

金属覆层光纤探针近场特性研究

采用有限积分法对用于近场光学显微镜的旋转对称光纤探针进行了数值模拟计算,研究了光纤探针开口附近亚波长范围的电磁场及其能量密度的分布.计算结果表明,在探针外,光场为沿探针轴线方向的近逝波,其空间光场的分布与激励光场及其极化方向有关,在激励光场的极化方向出现了由感应电荷引起的边缘增强效应.同时研究了近场光纤探针的空间分辨率和样品处的电磁场能量,结果表明光纤探针孔的尺寸及其与样品的作用距离是影响探针的分辨率和样品内电磁场能量的重要因素.     

基于光克尔门空间扫描单次激光信噪比测量

提出一种基于光克尔门空间扫描的单次激光信噪比测量方法.在该方法中,门光和探测光在光克尔介质中正交传输,通过光克尔门对探测光的空间扫描实现激光信噪比测量.采用该测量方法进行了单次激光信噪比测量的实验研究,测得时间窗口和分辨率分别为88.2ps、2.7ps.由于取样门是由光克尔效应来控制,因此该激光信噪比测量方法对于待测激光的波长没有限制.     

靶镜光学质量检测技术的研究

提出了一种利用扫描型哈特曼检测装置检验靶镜光学质量的技术.该装置对传统哈特曼检验装置的光阑进行了改进,通过扫描型哈特曼光阑的旋转扫描,可对被检靶镜全口径范围内连续采样.利用该扫描型哈特曼检测装置对一块口径为270 mm的非球面靶镜的能量集中度和波像差进行了检验,其结果与激光数字波面干涉仪的测量结果相吻合,其中能量集中度的相对测量误差为7.7%,波像差的相对测量误差为10.2%,验证了该检测技术的有效性.     

利用LED的投影系统光源设计

设计了利用多颗LED(Light Emitting Diode,发光二极管)阵列组成的扩展面光源.经过合理的聚光设计使之符合某些投影设备对亮度要求不是很高,但结构紧凑、性能稳定、使用寿命长的要求.结合数学建模和软件模拟的方式设计了一种小巧的反光杯,利用反光杯把LED近180°的发散光束汇聚到60°左右;然后再用一一对应的透镜阵列汇聚为平行光;最后采用柯勒照明方式把较大的面光源阵列汇集到LCD投影屏幕上,从而达到了较高亮度且具有很高均匀性的目的.     

宽视场大相对孔径星敏感器光学系统设计

介绍了一种用于卫星姿态控制的星敏感器光学系统,该光学系统焦距为51 mm,相对孔径为1/1.1,视场角为21°×21°（圆视场2ω＝30°）,光谱范围为0.5～0.85 μm,采用了复杂化双高斯结构.与普通成像系统不同的是,该系统要求对不同光谱的恒星所采集到的点像能量中心是一致的,且星像点像的弥散圆须控制在一定的范围内.具有倍率色差小、轴上和轴外能量分布比较一致的特点.