光学材料光学不均匀性绝对测量误差分析

绝对测量技术去除了干涉仪参考面面形误差,可实现光学材料光学不均匀性的高精度测量。对现有主要光学材料光学不均匀性绝对检测技术进行了总结比较,针对像素错位、干涉图分辨率、干涉仪测量重复性、样品厚度以及折射率测量等因素对光学不均匀性绝对检测的影响进行了实验分析。实验结果表明:干涉仪重复性是光学不均匀性测量的主要误差。样品翻转测量法、样品直接透射测量法、平行平板样品测量法3种测量方法均可实现光学不均匀性（RMS）10-8检测精度。     

光学玻璃光学均匀性高精度测量技术

高质量的透射光学系统对光学材料的光学均匀性要求非常高 ,材料局部折射率 10 -6 量级的变化就可能破坏整个系统的性能。详细介绍了三种用于测量光学玻璃光学均匀性的干涉法 ,研制了一台高精度光学玻璃材料光学均匀性测量仪。实验结果表明 :40mm左右厚的光学玻璃材料的光学均匀性检测精度可达 1× 10 -6 。     

基于子孔径拼接技术的大尺寸光学材料均匀性检测系统

为实现大尺寸光学材料折射率均匀性的高精度、低成本检测,提出一种基于子孔径拼接技术的干涉绝对测量方法,并研制了一套由Zygo干涉仪、五维气浮调整平台、子孔径拼接软件、计算机等组成的测量计算系统。待测件安放在精密的五维气浮调整架上,通过移动调整架来对各个子孔径区域进行精密检测,再利用子孔径拼接软件自动拼接计算出全口径待测件的光学均匀性分布。对直径为300mm的石英待测件进行了口径为180mm的8个子孔径拼接检测实验,并将拼接所得结果与全口径干涉仪直接测量的结果进行了分析和比较,波面峰谷值相对误差为0.21%,光学均匀性值相对误差为0.23%,精度与大口径干涉仪直接测量的精度相当,实现了绝对检验下的平面类波前子孔径拼接技术的实用化。整套系统集光、机、电、算于一体,操作简便,测量精度高。     

光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法

光学均匀性是光学材料的重要指标,目前高精度的测量方法一般采用绝对测量法,而该方法步骤繁琐,容易受环境影响。根据波长移相干涉仪的移相特点,提出了测量光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法。该方法在波长移相干涉仪中通过平行平板放入测量和空腔测量两个步骤得到平行平板的光学均匀性。在模拟仿真验证方法的正确性后,进行了实验研究,并与传统的绝对测量法的测量结果进行比较。结果表明,波长调谐两步绝对测量法可用于测量平行平板的光学均匀性,且测量步骤简单,精度较高。     

红外光学材料折射率均匀性的测量不确定度评定

基于多样品多型号仪器的测试信息及其GUM和MCM方法,讨论了四步干涉法测量红外光学材料折射率均匀性的测量范围及其测量不确定度评定。红外干涉测量的绝对灵敏度和准确度虽不及可见激光干涉仪,但采用了四步干涉测量的方法,消除了干涉仪的固有系统误差,有利于实现对红外光学材料折射率均匀性的高准确度测量。实际测试表明,该测量范围覆盖110-5～510-3,测量相对标准不确定度为210-1～210-2。     

光学积分器对辐照均匀性影响的仿真分析

针对太阳模拟器设计和装调过程中光学积分器对辐照均匀性产生影响的问题,在详细阐述光学积分器工作原理的基础上,通过光学软件Zemax建立光学积分器成像模型,利用模型具体分析和研究了积分器两透镜组对应元素透镜间的光轴一致性误差对辐照均匀性的影响,并提出了消除光轴一致性误差的方法。通过实验验证了该方法的可行性与正确性。     

光电成像检测系统像面照度均匀性分析

非均匀发光光源、大视场角等因素会造成光学成像检测系统像面照度分布不均匀,进而导致检测效率下降。研究非均匀发光光源和大视场角对像面照度均匀性的影响程度,首先建立光源间距与受光面接收照度间的关系模型,仿真分析不同LED间距对像面照度均匀性的影响,然后建立光学耦合系统的物面张角和像面照度间的关系模型,仿真分析物面张角对像面照度均匀性的影响。实验结果表明:在非均匀发光光源和大视场角的作用下,检测系统会造成像面照度严重不均匀现象。研究结果为后续像面照度校正算法设计提供了理论依据。     

光学积分器对太阳模拟器辐照均匀性的影响

光学积分器是太阳模拟器实现均匀辐照的关键光学器件,介绍了光学积分器的组成及其工作原理,阐述了方位偏移误差和倾斜偏移误差对辐照均匀性的影响。根据光学积分器的工作原理,利用软件Lighttools将两种光轴一致性误差对辐照均匀性造成的影响进行了仿真分析。结合实验结果表明,倾斜偏移误差相对方位偏移误差对系统辐照均匀性的影响更为严重。分析光轴一致性误差,可为光学积分器微调机构的设计和实际装调太阳模拟器提供理论依据。     

自由热射流流场的光学不均匀性数值研究

 通过建立物理模型，求解层流N-S方程，用数值方法模拟了二维热射流流场的有序大涡结构，计算了流场不同流向位置的光程值，分析了射流流场混合层的光学特性，得出了气动光学流场由于流场中大尺度涡结构的存在所引起的光学不均匀性，大涡结构中奇点所导致的光学畸变最大，在一定条件下大涡结构有散焦作用。     

Nondestructive Material Homogeneity Characterization by Millimeter Waves

Millimeter wave bridge technique for nondestructive material homogeneity characterization is described. The idea of this technique is the local excitation of millimeter waves in testing material and the measurement of the transmitted amplitude and phase in it different places. Some results of the homogeneity measurements for the dielectric substrates are presented.     

基于光学传输矩阵的太赫兹时域光谱分析

提出了基于光学传输矩阵的提取太赫兹时域光谱光学参数的理论方法。相比于传统的提取主脉冲方法,该方法在未来可以推广用以分析主脉冲与次脉冲无法分辨的太赫兹时域光谱。利用该方法得到了蓝宝石(α-Al2O3)样品在0.3~1.0太赫兹频段的复折射率。通过与利用提取主脉冲方法得到的复折射率的结果比较,验证了基于光学传输矩阵的理论分析方法的可靠性和精确性。所提出的方法为今后主次脉冲无法分辨的太赫兹时域光谱的准确分析提供了坚实的理论基础。     

有增益及损耗的平板波导导模的精确微扰分析

给出求含有增益层与损耗层的突变与渐变折射率剖面多层平板波导导模的微扰与解析计算公式。举例讨论了导模模式的增益（或损耗）与结构参数和偏振的关系，本文方法较求解复本征值的打靶法等简便且节省机时，对于（半导体激光器与半导体激光放大器等）实际遇到的波导结构能给出精确数值结果，并可用以分析材料的增益系数或损耗对ＴＥ和ＴＭ模式及其增益的影响等问题。     

LIGO计划用大尺寸蓝宝石晶体光学均匀性和弱吸收获得进展

报道了113mm× 70mm蓝宝石晶体块的光学加工精度、光学均匀性和弱吸收等方面研究所取得的最新进展。晶体整个表面加工精度达到 3个光圈 (峰谷值约为 1 6 6 6λ) ;晶体的透过波前畸变为 1个光圈 (峰谷值约为0 5 84λ) ;在紫外波段的透过大于 80 % ,可见及红外光区的透过大于 86 % ;晶体的弱光吸收系数为 35× 10 - 6 cm～ 6 5× 10 - 6 cm。     

Determination of Optical Waveguide Refractive-Index Profiles with the Inverse Analytic Transfer Matrix Method

In this paper, we present an inverse analytic transfer matrix (IATM) method to predict the refractive index profiles from the measurement of mode indices based on the analytic transfer matrix (ATM) method, which can exactly determine the modal characteristics of a planar optical waveguide with arbitrary index profiles. IATM method has been proved to be universally reliable not only in slowly changing profiles but also the profiles changing rapidly in which inverse WKB method would find difficult through numerical analysis for several typical refractive index profiles.     

Analysis of Long-Term Optical Effects in Double-Coated Optical Fibers Induced by Hydrostatic Pressure and Thermal Loading

The hydrostatic pressure and thermal loading simultaneously induced optical effects in double-coated optical fibers in the long-term are analyzed by the viscoelastic theory. Using the Laplace transformation method, close-form solutions for the microbending loss and refractive index changes are obtained. The results of the microbending loss are initially identical to those obtained by the elastic analysis, and then decrease gradually as time progresses. The microbending loss and refractive index changes of the glass fiber are functions of the material properties of the primary and secondary coatings. To minimize the microbending loss and refractive index changes in the long-term, the Young's modulus of the primary coating, and the viscosity and Poisson's ratio of the secondary coating should be increased. Nevertheless, the viscosity and Poisson's ratio of the primary coating, and the Young's modulus of the secondary coating should be decreased.     

负折射率材料用于表面波传感的特性分析

利用严格电磁理论分析了负折射材料界面上激励表面波的相关特性,证明两种偏振入射都能在负折射材料与正折射材料界面上激发表面波,并推导出了相应表面波的传播波矢和激发条件.针对负折射材料在表面波传感方面的应用,对膜厚选择,偏振态,测量范围,线性度等性能参量进行了具体分析,与传统的金属表面等离子波传感器相比,使用负折射材料在灵敏度相当的情况下,能有效提高线性度,增大测量范围,提高信噪比.     

塑料光学零件的型芯材料

本文是作者在实践中的研究成果与总结。介绍了透明塑料光学透镜、棱镜注塑模具型芯常用材料应具备的基本特性及选取原则。同时还介绍了实践中碰到的一些具体问题,期望与同行共同探讨。