棱镜自重变形对波面影响的研究

采用有限元方法分析了单棱镜在重力作用下三个典型位置的表面变形，对棱镜表面Φ425mm通光孔径轴向变形量进行Zernike多项式拟合，画出了相应的波差图，并确定设计方案.进一步选择Φ360 mm口径光束对双棱镜在几种典型相对位置下进行光线采样、追迹，计算得到不同情况下由于双棱镜自重变形引起的总波差.     

基于粗对准与精对准信号分开探测的对准系统

提出了一种用于光刻装置的对准系统。该对准系统所用的标记包含多个相位子光栅。其中,标记±1级衍射光的光强信息用于产生粗对准信号。在粗对准信号上,通过峰值检测和信号拟合获得最大峰值点,该峰值点即为粗对准位置。同时,在另一光路中,精细子光栅的±1级衍射光的光强信息用于产生精对准信号。利用余弦或正弦曲线对该精对准信号进行拟合,得到一系列的波峰点。距离粗对准位置最近的波峰点即为精对准位置。当精细子光栅的周期足够小时,该对准系统可获得5nm级的重复精度。     

大型干涉仪镜子的支承设计与温度变形分析

在星间激光通信中,涉及对大口径衍射极限激光波面的检测,为保证测量精度,必须严格控制波面干涉仪镜子的自重和温度变形。采用有限元方法对大型干涉仪镜子在不同支承方式下的表面变形进行了分析,结果表明,接触角为180°的钢带支承是较好的支承方式,反射镜表面变形峰谷(PV)值仅为1.35nm,均方根(RMS)值为0.363nm。根据这一结论,设计了一个固定支承点与浮动支承相结合的超静定钢带支承结构。在该结构下,分析了镜子轴向、径向、周向的温度梯度效应,分析数据表明,镜子的热弹性变形远大于自重变形,建议采取一定的温控措施,并采用平均效应的方法降低热效应的影响。     

精密光束偏离装置棱镜组件的光机热分析

以精密光束偏离装置的棱镜组件为有限元模型，进行了光机热集成分析.对棱镜组件的结构强度进行了校核，分析了机械载荷作用下的镜面变形；通过模态分析，给出了装置的动态特性和镜面面形振动幅值的变化情况；最后对棱镜的热弹性变形进行了分析，对棱镜的光学性能进行了评价.结果表明：棱镜组件的最大变形在10 nm量级，最大应力为0.403 MPa，应力和应变相对于结构的准确度要求和材料的许用应力具有较大的裕度；前后棱镜组件的固有频率都大于550 Hz，装置具有良好的动态性能；通过对比棱镜在热-结构耦合分析和机械载荷下的分析结果，说明热效应对棱镜表面变形的影响远远大于机械载荷的影响.装置使用时必须采取严格的温控措施.     

圆孔受限波差高斯光束的远场近似及发散度分析

引入复高斯函数对衍射受限的圆孔进行了复高斯分解,得到了波差高斯光束远场衍射的近似解析式。在各种参量条件下,近似解析式所表示的衍射图样与严格的夫琅和费衍射积分的衍射图样完全一致,这表明用此解析式表征远场衍射是正确的。它的形式相对简单,为计算带来极大的方便。基于此,对有波差的高斯光束的远场发散度进行了深入的研究,检验了确定参量的光束随距离的改变而发散度不被改变的特性;同时,探讨了在圆孔限制下,发散度随高斯光束的束腰及波差的改变而变化的关系曲线,结果表明,这两个参量是影响发散度的主要因素。     

马赫-曾德尔型相移矢量剪切干涉仪

为了实现对激光波面的等光程测试,设计了一个新颖的相移矢量剪切干涉仪。该干涉仪以马赫曾德尔结构为基础,为等光程干涉仪。通过在相干的两路光束中分别插入楔角方向正交放置的楔板实现矢量剪切;其中一块楔板分成两块(平板部分和楔板部分),楔板部分沿平板部分的表面移动,通过改变光程差来实现相移,2π相移所需的移动距离为几毫米的量级,该相移方法在相移精度控制上比较简单。文中还对楔板引入的横向剪切误差和相移误差进行了分析,最后给出了实验所得的一组相移干涉图。     

矩阵理论在半导体激光器耦合中的应用

傍轴近似下的光学矩阵理论,可以简化光束传输计算过程,使光学系统设计更为方便。将ABCD变换矩阵方法引入到耦合光学系统的设计中,运用高斯光束的ABCD法则,详尽地给出了某一耦合方式下的半导体激光器耦合入单模光纤系统的设计;另一方面,对系统的耦合损耗与耦合距离的关系进行了理论计算,并把计算结果与最近的实验报道做了比较,它们基本相吻合,说明此方法是可行的、合理的。从整个设计及理论计算来看,ABCD矩阵方法减少了复杂的计算,从而简化了设计过程,与通常的衍射计算相比,它不失为一种方便、有效的方法,同时它对生产半导体激光耦合器也有实际指导意义。     

透镜自重变形引起波像差的有限元分析

在用大口径、长焦距平行光管模拟激光远场特性时,其光组透镜在重力作用下的变形不能忽略,为了分析对出射光束质量的影响,采用有限元分析软件“ANSYS”建立了平行光管光组中声400mm平凸透镜的有限元模型,给出一种分析透镜轴向变形引起的波像差的方法,在不同工况下,计算了平凸透镜在重力作用下轴向变形的峰谷值和均方根值,对轴向变形量均方根值最小工况画出了透镜表面变形的等值线图,计算了声350mm通光口径内的波像差峰谷值和均方根值,对平行光管光组的波像差做出估计,验证了设计的合理性。