斜光束反射镜扫描系统结构参数的分析

本文针对斜光束反射镜扫描系统一些结构参数的选择作了分析,推出了适合于斜光束反射镜扫描系统的计算公式。并在现有的一些共平面的反射镜扫描系统的计算方法的基础上,根据斜光束的反射镜扫描系统的特点,提出了适于倾斜狭缝像面为圆柱面的情况下的代替圆参数计算方法。因为这一方法是借助于计算机,使用最优化技术进行计算的,所以具有省时,易得到最优结果的特点。故这一方法为该类型的高速摄影机的设计计算提供了方便。     

斜头反射镜

几何光学中有三种可用以成实象的光学器件:凸透镜,凹面反射镜和针孔。该文作者对一次偶然观察到的现象进行分析之后,发现了第四种可用以成实象的光学器件,称之为“针头反射镜” (pinhead mirror)。并制作了一请列不同直径的针头反射镜进行测试,结果证明其成象特性与针孔相似,从而弥补了基础光学中的一个理论“空隙”。     

多面体反射镜扫描系统的跟踪扫描

为了解决激光束扫描的高分辨率和动作快的问题,通常采用鼓形多面体反射镜的机械转向器。近来,由于对有效地利用激光能量和发散角提出了更高的要求,这就迫使人们探索和研制新的系统以满足这一要求。已制成的跟踪扫描装置,当投射到多面体反射镜     

扫描光束显示

现在大屏幕显示还没有象阴极射线管那样的简单办法。最近有一种方案是 偏转一条窄的光束,用象阴极射线管里的电子束扫描那样的方式,在屏上扫描。直到不久以前,这个方案还不能实现,因为没有足够的相干光源或照准的光源能聚焦成一个很小的点,用来作精细的扫描。     

碳化硅扫描反射镜支撑结构设计

对尺寸为460 mm×290 mm的SiC扫描反射镜的轻量化和支撑结构的设计进行了研究。基于三角形和矩形的复合轻量化结构,采用镜体背部为开放和封闭相结合的形式,设计了一种新型的扫描反射镜组件。该组件采用侧面支撑方式和轴向柔性结构,有利于消除支撑结构材料热膨胀系数不匹配产生的热应力对镜面面形的影响。有限元方法分析结果表明：反射镜组件在1 g重力载荷和8℃温度变化作用下,反射镜镜面的面形误差RMS值分别为4.5 nm和20.3 nm。该反射镜轻量化形式和支撑结构满足光学成像要求,并可有效提高结构的稳定性,对于大尺寸反射镜组件的设计具有借鉴意义。     

基于浸没式光刻光束稳定系统的反射镜

根据浸没式光刻系统的技术要求,设计了光束稳定系统,通过两个反射镜消除光束的位置漂移和指向漂移.基于深紫外材料特性,选择JGS1作为反射镜的基底,Al2O3和MgF2为高、低折射率薄膜材料.通过膜系设计软件完成了高反射膜的设计和模拟分析,并采用真空沉积技术研制了该薄膜.通过选择行星夹具镀膜设备和设计特定的补偿挡板来保证薄膜的非均匀性小于0.2%.测试了反射镜样片的光谱曲线和表面微观结构,结果表明研制的薄膜在45°入射时的反射率为98.5%,散射损耗为0.30%,满足系统使用要求.     

自由电子激光光束线反射镜无应力夹持设计与分析

反射镜是自由电子激光光束线中的重要光学元件,反射镜自重引起的面形误差会严重影响光束线的成像质量。为减小自重引起的面形误差,基于Bessel点理论提出了重力补偿方案,并设计了无应力夹持装置,利用有限元软件对该装置进行仿真分析。以尺寸为440 mm×50 mm×50 mm的反射镜为例进行分析,传统支撑方式下反射镜下表面面形误差为1.647μrad,采用本文提出的夹持方案后面形误差降至0.085 7μrad,优于工程指标0.1μrad。为防止反射镜在工作模式切换时发生窜动,可对反射镜添加不超过2 N的微小夹持力,此时反射镜的面形误差为0.093 9μrad。此外,还对装置进行了动力学分析,结果显示:该设计方案可有效防止装置存在较低的固有频率,在使用过程中不会产生共振现象,满足光束线的使用需求。     

多光束扫描成像系统的像差分析

根据几何光学理论,志出多光束扫描成 综合像差方程,分析了导致离轴扫描线像差的入射光线与成像系统光轴夹角、转镜面数等因素,并研究了各单项偈关工的权重因子。基于上述多光束扫描成像的综合像差方程,分析并给出了校正离轴扫描线像差的特殊透镜所应具备的预畸变因子。     

45°斜孔反射镜的简易加工

介绍４５°斜孔反射镜粗磨成形的简易加工方法以及所需的设备和工装。     

利用双反射镜控制实现无线光通信光束对准

针对远距离无线光通信中光束跟踪受长距离大气传输不确定因素影响大的问题,提出了一种利用双反射镜的无线光系统结构。针对双反射镜到接收端的短轴跟踪控制设计了滤光片转盘模块,通过给反射光斑施加频率扰动的方式来实现对相机探测面上双光斑的辨别,并以探测面上双光斑的重叠情况作为判别光束对准的依据。对于存在偏移的重叠双光斑图像,提出多光斑/重叠光斑中心提取的思路,利用最小二乘法椭圆拟合实现重叠光斑的分割,并对无重叠、较少重叠以及较多重叠三种情况下的光斑图像进行分割实验。研究结果显示,在光斑重叠的场景下,光斑中心定位与实际位置之间的标准差小于0.5 pixel,因此所采用的算法在重叠光斑的分离方面具有很好的效果。     

超轻量化碳化硅扫描反射镜组件设计

为实现(165mm×96mm)矩形扫描反射镜组件的轻量化并保证反射镜面形精度与组件支撑刚度,提出了一种锥套柔节一体化的背部支撑方法,实现了重量小于0.5kg的超轻量化碳化硅反射镜组件设计。镜体材料的选择为碳化硅,支撑结构材料选择了铟钢。通过有限元仿真对扫描反射镜组件进行了仿真分析,并采用ZYGO干涉仪对实际的反射镜组件进行了检测。实验表明,在各方向重力的工况和轴系驱动时的扭矩作用下,扫描反射镜面形误差的均方根值(RMS)最大值为9.705nm,实际测试结果为10.125nm,误差为4%,满足RMS值优于12.6nm的要求;组件一阶固有频率302.25Hz,满足刚度要求。研究结果表明,锥套柔节一体化背部支撑方法合理、有效,解决了结构超轻量化与结构刚度、光学面形精度难以同时保证的难题。     

含扫描反射镜的星载相机异速像移分析

在星载相机中,扫描反射镜通常会带来异速像移,导致时间延迟积分(TDI)CCD上像移分布不均,不同摆角下,这种分布情况均不同,给像移补偿造成困难,难以获得清晰的成像效果。为此进行分析,建立了含扫描反射镜的像移模型。针对某一低轨卫星参数进行仿真,得到了在不同摆角下,不同视场对应的像面像移量和偏流角。若以像面中心像移量和偏流角作为补偿标准,补偿后,CCD各点的偏流角残差较小,当像移量残差小于1/3pixel时,即可认为补偿有效。不同摆角下,这种补偿效果是不同的。通过分析,当摆角在(-20℃,-0.12℃)和(0.17℃,20℃)内时,异速像移明显,成像效果不佳;在(20℃,35℃)、(-35℃,-20℃)和(-0.12℃,0.17℃)范围内时,补偿效果好,利于成像;摆角为0,即对星下点拍照时,成像效果较好,此时摆角的控制精度应在(-0.12℃,0.17℃)范围内。以上研究可为稳像机构设计提供一定参考。     

1维部分相干光束的Z扫描理论分析

 对使用高斯-谢尔模型光束的Z扫描做了理论分析,研究了光阑半径和空间相干度变化对Z扫描曲线的影响。研究发现：随着光阑半径的变大,Z扫描峰谷透过率之差逐渐减小直至为零,其作用效果与完全相干光一致;随着空间相干度的增加,峰谷透过率之差也逐渐增大,当空间相干度大于某一定值后,峰谷透过率之差达到饱和不变。部分相干光束的Z扫描实验为测量其空间相干度提供了一种可行的方法。     

CCD扫描检测光束准直度

提出一种检测光束准直度的新方法。在对波面矢高进行定义的基础上,提出CCD轴向扫描检测激光束准直度的方法。利用采样光波在会聚透镜后形成的衍射图样,测量两个相同基准衍射图样之间的距离,即可确定入射光波的波面矢高,进而确定入射光波的准直度。在给出测量原理及模拟基准衍射图样的基础上．进行了实验验证。CCD轴向扫描方法具有结构简单、加工便利、操作方便的特点,是检测光束准直度的有效方法。     

光束扫描超分辨数字全息

根据超分辨成像理论, 提出了一种基于光束扫描的超分辨数字全息记录与再现技术。用菲涅耳衍射理论证明了该技术可有效增大CCD探测器的等效尺寸和系统截止频率, 从而提高数字全息成像分辨率。计算机仿真验证了该方法的正确性与可行性。对光束扫描全息记录系统进行了详细描述, 对该数字全息术的再现方法进行了具体说明。对比合成孔径数字全息术, 该技术在全息记录中无需反复移动CCD探测器, 也不必反复调整参考光以避免出现欠采样。     

荧光相位成像的光束扫描法

利用计算机控制振镜进行光束扫描，用锁相放大器进行增益调制与相位调节，最后再用计算机重建图像，实现钛宝石和红宝石的相位成像。分别完成了激发光和荧乐相移为π／１２、π／１４和７π／１２的成像，分析了系统的时间分辨率和空间分辨率，提出了实用化发展的方向。     

像散光束的光束参数与光强二阶矩的关系

采用光束的二阶强度矩的方法讨论三维像散光束的光束特性。通过计算像散光束在自由空间、球面光学系统中的传输特性以及坐标系旋转时的变换特性 ,给出了光束的束腰位置、束腰半径、瑞利长度、有效波面曲率半径、近场和远场的方位角、光束的光束参数积等参数与光强二阶矩之间的关系。     

高斯涡旋光束的光束传输因子和峭度参数

基于强度二阶矩定义, 导出了高斯涡旋光束光束传输因子即M² 因子的解析表达式, 高斯涡旋光束的M² 因子唯一取决于拓扑电荷数n. 数值计算表明, 高斯涡旋光束的M² 因子随着拓扑电荷数n的增大而增大. 基于强度高阶矩, 还导出了高斯涡旋光束经傍轴ABCD光学系统传输时峭度参数的解析表达式, 高斯涡旋光束的峭度参数取决于拓扑电荷数n、参数δ、矩阵元A和矩阵元D. 在自由空间传输时, 高斯涡旋光束的峭度参数仅取决于拓扑电荷数n和参数δ. 自由空间传输时, 高斯涡旋光束峭度参数的变化规律为: 峭度参数随参数δ的增大先减小而后趋向于一最小值, 随拓扑电荷数n的增大而减小. 这一研究有助于高斯涡旋光束的实际应用.     

高斯光束通过像散透镜后光束参数的变化

以二阶矩和环围功率作为束宽定义,对高斯光束通过像散透镜后光束参数,包括束宽和远场发散角作了解析和数值研究。结果表明：因像散引入束宽和远场发散角的相对误差与像散因子、瑞利尺寸、透镜焦距有关。对于束宽而言,相对误差还与传输距离z有关。在几何焦面处x和y方向束宽的相对误差相等。     

强激光反射镜热畸变对光束传输特性的影响

 通过等效净吸收功率密度方法获取了强激光反射镜热畸变的干涉图像，提出了热畸变反射镜在平面波照射下近场波面畸变与远场光斑的计算方法，探讨了强激光远场光斑测试的一种新思路。定量分析结果表明，对单晶硅镜，在净吸收功率210W，光照时间为6s时，最大热畸变达到0.76μm，由此造成的近场波面Zernike离焦系数为0.32μm，x方向和y方向彗差分别为0.13μm和0.22μm， x方向倾斜系数上升到0.12μm，光束质量因子达5.7。