反射型四端口闭环光环行器的设计

提出并论证了一种反射型四端口闭环光环行器的设计方案.采用该设计时所有光路端口均在器件同一侧,并可以采取两种光路结构获得光路循环的功能.理论分析了其实现原理以及各个光学参量,实验证实了该方案的有效性.设计结果表明,采用该方案能使光环行器结构更紧凑,减少了装配所需的元件,有利于降低器件成本和装配难度,器件性能与传统直通型双级法拉第旋光片结构的光环行器的性能类似.     

高功率激光装置空间滤波器小孔准直

利用新型准直远场探测包光栅元件的双向衍射,实现了空间滤波器的小孔准直,特别是对同一段光路中两个空间滤波器的小孔对准.该方案克服了传统滤波器对小孔尺寸的限制并满足远场准直包高稳定性的要求,在光路远场准直的同时实现了小孔中心位置的监测与准直调整,并在以色列项目中得以成功应用,装置实验结果表明:针对装置15倍衍射极限大小的小孔,对准精度小于小孔直径3%,满足装置器件小孔对准调试小于小孔直径4%的要求.     

集成光学声光频谱分析器的制作技术

本文给出了集成光学声光频谱分析器的基本结构与工作原理.给出了集成光学芯片上各种集成光学元件和导波声光调制器的制作技术,并给出了组装一体化样机的结构工艺要点.     

全息分路器的二维像差平衡和相位补偿函数的计算

本文用像差平衡的方法求出优化的全息分路器光路结构参量.在这一方法中,波长移动产生的波像差达到最小值.通过光路追迹求出了点光源点的像点尺寸.为了减小像点尺寸,我们找到了一种相位补偿函数,通过计算全息实现相位补偿,并求出补偿后的像点尺寸.     

光谱仪会聚光路中退偏器的设计方法

为了降低光谱仪的偏振敏感度,提出了一种在会聚光路中设计退偏器的方法。该方法首先将系统的望远镜和准直镜视为辅助光路,使得光束的偏振状态可以用Stocks矢量来表示;然后使用Mueller矩阵来表示元件的偏振特性,并推导出了基于Mueller矩阵的系统偏振敏感度模型;最后利用多重多元回归分析来提升Mueller矩阵的计算速度与精度。基于该方法设计了一款放置在会聚光路中的改进型退偏器,系统的偏振敏感度小于1%,像点分裂距离小于8μm,该结果满足设计要求,验证了该方法在会聚光路中设计退偏器的有效性。     

全反射棱镜式环形激光器的温度效应

根据矩阵光学理论,研究了全反射棱镜式环形激光器（TRPRL）光路的温度效应.从理论上给出了描述光路中光学元件在介质折射率变化时的3×3变换矩阵,建立了折射率变化时谐振腔内光路的偏转模型,由此讨论了温度变化导致TRPRL光路的偏转规律,并研究了降低TRPRL温度效应对其性能影响的方法.所得结论对TRPRL的设计和运用有重要指导意义.     

数字微镜近红外光谱仪光学系统设计与实验

针对传统光谱仪体积大、成本高、检测速度慢、需样品前处理等不足,提出了利用数字微镜面阵（DMD）实现光谱谱面分割分时选通的近红外光谱仪光学系统.首先,对比传统光路介绍单探测器微型光谱仪系统测量原理|然后结合DMD特性提出光路方案,根据几何光学原理进行初步光学元件选型和光路结构设计,利用ZEMAX光学软件对光路进行仿真,确定结构参数|最后,搭建实验平台,进行光路测试.实验结果表明:该系统光路尺寸为70 mm×130 mm,测量波段为（900～1 500 nm）,分辨率可达19 nm|在能量损失较小的情况下,减小狭缝尺寸可提高光学分辨率,狭缝的极限尺寸为200 μm|减小狭缝子午面高度可减小谱面内弯曲现象.本系统基本满足近红外分光,实现单点探测器光谱测量的要求.     

双通道三端口反射式光环行器 结构与特性分析

为了降低广泛应用于光通信系统的光环行器的制造成本和占空比，增强系统中各器件的功能复用，提出一种功能复用反射式光环行器设计方案，利用透镜和反射镜组成光的空间交叉功能来实现功能复用以及光束方向传输引导，从而达到反射式光环行器输入 输出多尾纤之间的对应耦合。利用琼斯矩阵，从理论上对其主要性能进行了分析。分析结果表明，设计的光环行器在功能复用基础上具有低插入损耗、高隔离等特性，达到了光环行器的性能指标，在低插入损耗、高隔离的基础上具有功能复用效用。     

45°倾斜镜多自由度精调结构设计研究

对于高准确度光学系统,光学元件及其支撑机构之间的简单连接很难使光路对准并满足公差要求,本文介绍了一种在光学系统中能够对光路进行折转或分束的45°倾斜镜的精调支撑机构.该倾斜镜支撑结构采用了多自由度精调方式,能够在实现两维倾斜调整的同时,实现相互垂直光路的方向平移.设计中使用的柔性元件使结构的倾斜调整准确度达到角秒级,实现0~10 mm的位移,同时借鉴现有的燕尾槽导轨平移技术节省加工成本和减小周期,并且借助有限元分析软件,对机构中的关键部分进行了详尽的分析和论证.整个研究方法可作为同类光机系统设计时的参考,在光学系统的光路调整中有较大的应用价值.     

45°倾斜镜多自由度精调结构设计研究

对于高准确度光学系统,光学元件及其支撑机构之间的简单连接很难使光路对准并满足公差要求,本文介绍了一种在光学系统中能够对光路进行折转或分束的45°倾斜镜的精调支撑机构.该倾斜镜支撑结构采用了多自由度精调方式,能够在实现两维倾斜调整的同时,实现相互垂直光路的方向平移.设计中使用的柔性元件使结构的倾斜调整准确度达到角秒级,实现0~10 mm的位移,同时借鉴现有的燕尾槽导轨平移技术节省加工成本和减小周期,并且借助有限元分析软件,对机构中的关键部分进行了详尽的分析和论证.整个研究方法可作为同类光机系统设计时的参考,在光学系统的光路调整中有较大的应用价值.     

基于单准直透镜的阵列准直器研究

提出了一种基于单准直透镜和光纤阵列的阵列准直器, 深入研究了此种方案的光路无胶和光路有胶的两种实现方式; 并基于高斯光束传输矩阵和q参数相关理论, 从理论上详细地计算、推导了各变量之间的关系, 并进行了模拟仿真及实验验证, 得到了理论和实验一致的结果. 对两种实现方式的结构及封装设计也进行了初步的摸索和实验, 并制作出了性能良好的阵列准直器. 理论和实验表明, 该方案具有易加工、低成本、易封装、性能优等特点, 也易于扩展成多维阵列准直器, 可为可重构光分插复用器系统和光交叉连接系统的发展提供强有力的器件支撑.     

一种二元整形元件激光直写方法的实验研究

为了实现具有复杂位相结构的二元光束整形元件,提出了采用方光点的激光直写系统来逐点光刻浮雕位相结构的方法,通过双远心投影缩微光路获得5-20 μm方点,光点尺寸对应于最小位相单元,从而获得了位相结构的高质量直写.分析了高斯光点和方光点位相单元结构对二元整形元件衍射效率的影响,方形两台阶二元整形元件的+1级衍射效率达到31%,给出了实验结果.     

一种新的USED CARS相位匹配实现技术

相位匹配是相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温的关键技术之一,针对现有非稳腔空间增强探测(USED)相位匹配方式中存在的背景辐射大、光路调试不灵活以及斯托克斯光利用率低的不足,提出了一种新的USED CARS相位匹配实现方案：即设计一个与斯托克斯光斑大小相当、呈45°斜角的斜反镜,用于反射全部斯托克斯光,并以斜反镜代替传统USED CARS中的环反镜,让泵浦光从斜反镜后方射入,从而形成USED相位匹配方式。新的USED CARS相位匹配方案中：由于斜反镜面积相对于环反镜大为减小,使得因反射而进入光路的背景辐射大幅降低;斜反镜本身可作为光路调节元件,因而增加了光路调试灵活度;斯托克斯光被斜反镜全部反射用于产生CARS信号,提高了其利用效率。基于平面火焰炉稳态火焰开展的测温实验结果表明：新的USED CARS相位匹配方案不但克服了传统USED CARS中存在的不足,而且具有更小的标准差,是一种更为有效的相位匹配方法。     

波长选择性平行耦合微环谐振四端口光路由（英文）

利用四个平行耦合单环谐振器作为基本路由单元,数值模拟了一种可路由三种信道波长的四端口光路由器.为了实现单模传输、低传输损耗以及微环波导和信道波导的相位匹配,优化了基本路由单元的结构参量.给出了路由器的器件架构和设计方法,计算了链路光谱、插入损耗、串扰等路由特性.在选定的三个信道波长(1 550、1 551.6、1 553.2nm)下,器件沿不同路径的插入损耗范围为0.02~0.6dB,器件串扰的范围为-23.41~-37.71dB.与具有相同波导参量的基于交叉耦合双环谐振器的四端口光路由器相比,该四端口光路由器在串扰和波长选择性方面略显不足,但其使用的微环数量由8个降低为4个,插入损耗由1.62dB降低为0.02dB.     

波长选择性平行耦合微环谐振四端口光路由

利用四个平行耦合单环谐振器作为基本路由单元,数值模拟了一种可路由三种信道波长的四端口光路由器.为了实现单模传输、低传输损耗以及微环波导和信道波导的相位匹配,优化了基本路由单元的结构参量.给出了路由器的器件架构和设计方法,计算了链路光谱、插入损耗、串扰等路由特性.在选定的三个信道波长(1550、1551.6、1553.2 nm)下,器件沿不同路径的插入损耗范围为0.02～0.6 dB,器件串扰的范围为-23.41～-37.71 dB.与具有相同波导参量的基于交叉耦合双环谐振器的四端口光路由器相比,该四端口光路由器在串扰和波长选择性方面略显不足,但其使用的微环数量由8个降低为4个,插入损耗由1.62 dB降低为0.02 dB.     

空间层叠矩形阵列式角多路解码光路设计

根据角多路技术原理,提出了一种矩形阵列空间层叠形式的解码光路结构和先分组解码再组内解码的两步解码方式,并针对本实验室的高功率准分子激光系统给出了具体的解码光路设计实例。该方法具有解码精度高,设计误差小,与光路准直、激光参数测量系统等兼容性好,便于加工制作和安装调试等优点。     

空间层叠矩形阵列式角多路解码光路设计

根据角多路技术原理,提出了一种矩形阵列空间层叠形式的解码光路结构和先分组解码再组内解码的两步解码方式,并针对本实验室的高功率准分子激光系统给出了具体的解码光路设计实例。该方法具有解码精度高,设计误差小,与光路准直、激光参数测量系统等兼容性好,便于加工制作和安装调试等优点。     

计算全息位相补偿法制作全息凹面光栅的设计与实验

本文提出了一种新的方法,用计算全息图作为位相补偿元件,对光学系统中的一束平行光进行调制来制作全息凹面光栅.比较了这一方法的优越性,并提供了设计小象差凹面光栅的一种方案,推导了计算全息图补偿器的数学表达式,设计并制作了6001/mm的Ⅲ型全息凹面光栅,介绍了实验光路及试验验证结果.     

基于实时双光路校正的分光测色仪优化设计

设计了一种基于实时双光路校准的分光测色仪结构,在现有双光路设计中加入校准光源对主光路和辅助光路进行实时双光路校准.构建算法对由温度变化引起的传感器响应效率变化进行修正,并设计实验在不同温度下对仪器采样稳定性进行评价.实验表明,采用了实时双光路校正仪器的工作温度从10℃变化至30℃后,测量数据稳定性标准偏差小于等于0.03,最大偏差小于等于0.04,相对于现有技术方案有显著改善.     

高效产生任意矢量光场的一种方法

提出一种高效产生任意矢量光场的方法.利用两个光束偏移器分别对两个正交线偏振分量进行分束与合束,将传统激光模式转化为任意矢量光场.所产生矢量光场的偏振态和相位分布通过相位型空间光调制器(SLM)加载相应的相位实时调控.由于光路系统中不涉及任何衍射光学元件和振幅分光元件,光场转换效率高,仅取决于SLM的反射率,并且光路系统结构紧凑、稳定,同轴性易于调节.实验结果显示,采用反射率为79%的相位型SLM产生矢量光场的转换效率可达到58%.