Effective Reflection Area of a Cube Corner Retroreflector

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ａｃｕｂｅｃｏｒｎｅｒｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｏｒ (ＣＣＲ)ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔ,ｗｈｉｃｈｈａｖｅｔｗｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ.ＯｎｅｉｓｎａｍｅｄａｆｔｅｒａｓｏｌｉｄＣＣＲｔｈａｔｉｓａｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎｍａｄｅｏｆｇｌａｓｓ ,ａｎｄｔｈｅａｔｈｅｒｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｓａｈｏｌｌｏｗＣＣＲｍａｄｅｕｐｏｆｔｈｒｅｅｍｉｒｒｏｒｓｔｈａｔａｒｅｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｅａｃｈｏｔｈｅｒ.Ｉｎｔｈｅｓｅｔｗｏｓｔｒｕｃ…     

角锥后向反射器的数值模拟研究

鉴于实际应用的需要，考虑角锥反射器的二面角加工误差，采用矩阵光学和矢量运算方法，建立了一套适合于数值模拟的角锥反射器的后向反射数学模型，给出了角锥后向反射器光束变换及衍射传输的公式和数值模拟计算方法。分别针对理想角锥后向反射器和有二面角加工误差的角锥反射器，研究了反射光束的传输特性，分桥了入射角和传输距离对近场和远场能量分布的影响。根据卫星搭载角锥反射器的特殊要求，讨论了速差补偿方法和设计等问题，并针对卫星姿态控制的两种情况，分别提出了速差补偿的设计方案。     

角锥棱镜的误差引起的反射光束相位误差分析

提出一种计算角锥棱镜反射光束相位误差的方法.光束通过非理想角锥棱镜时会引入一个附加光程差,从而改变光束的相位特性和反射光束的传播方向.在小误差近似条件下,采用光线追迹法建立了一个有效的数学模型,计算角锥棱镜的二面角误差和反射面面型误差引起的传输光束的附加相位,并分析了该模型的理论误差.在二面角误差为1",反射面面形光圈数小于0.5的条件下,该模型的数值仿真结果显示角锥附加相位具有高度的中心对称性,附加相位对入射光束引入的相位平均斜率为零,这一特性与误差的种类和大小无关.角锥棱镜的附加相位模型为分析其在应用中给系统带来的误差提供了一个新的方法,有助于指导不同应用场景中所使用角锥棱镜的加工指标要求.     

锥体棱镜的加工

本文简单地叙述了锥体棱镜两种加工工艺。重点介绍直接成型法加工中对角度误差~1″的控制。并提出了角度超差零件返修时的光胶方法。     

卫星角反射器有效衍射区域的研究

本文基于角反射器的几何结构模型,采用矢量形式的折反射定律,推导了在不同入射条件下有效衍射区域的数学表达式.通过数值模拟的方法分析了有效衍射区域的变化规律,以及该规律对远场衍射光强空间分布的影响.结果表明,随着光束入射角的增加,有效衍射区域逐渐减小,进而导致角反射器衍射强度发散程度增加.光束方位角的引入不会改变有效衍射区域的形状和衍射强度的总能量,而只会使其各自分布旋转方位角的大小.在不考虑大气效应的情况下,根据不同入射条件对应的衍射强度分布,并结合速差补偿理论,提出了一种全新的角反射器口径设计方法.     

角锥棱镜谐振腔激光模式模拟研究

为了探究角锥棱镜谐振腔激光模式,以角锥-平面镜腔为例,将角锥棱镜等效为衍射光栅,考虑角锥镜棱宽在谐振腔中的衍射效应以及二面角误差引起的附加相位分布对谐振腔激光模式的影响,在光学谐振腔理论的基础上,建立了求解本征模式的理论分析模型.采用快速傅里叶法数值模拟不同腔长、角锥镜棱宽和二面角误差情况下该无源谐振腔激光输出模式分布情况.结果表明,在腔长30 cm、角锥镜棱宽小于75μm、二面角误差在-10′~5′之间时,可实现光斑完整的圆形分布输出模式,且有较好的光束质量;棱宽不小于0.4 mm,二面角误差在-40′~10′之间时,光斑为TEM 03阶横模,光场呈六瓣分布;当角锥镜棱宽为0.4 mm、二面角误差为3′,腔长从30~90 cm范围内增加时,该谐振腔输出的激光模式从TEM 03转换成TEM 10.     

Development of a Single-Longitudinal-Mode Ho:YAG Laser Based on Corner Cube

We present a Tm-doped fiber laser pumped Fabry-Perot etalons Ho:YAG laser based on a corner cube.A maximum single-longitudinal-mode and fundamental transverse mode output power of 478 mW at the waveiength of 2091.06 nm is achieved with a pump power of 16.3 W,corresponding to an opticai-to-optical efficiency of 2.9%and a slope efficiency of 7.9%.The single-longitudinal-mode and fundamental transverse mode are less sensitive to the rotating of the corner cube.The results indicate the potential impact of a single-longitudinal-mode Ho:YAG laser with corner cube geometry to improve the anti-maladjustment stability.     

基于哈特曼传感器的角锥棱镜误差测量

使用哈特曼－夏克波前传感器同时检测角锥棱镜角度误差和面形误差.对检测原理、实验装置及检测过程做了详细的描述,并用最小二乘法对数据进行处理.实验结果表明,用哈特曼法能够高准确度、全面检测角锥棱镜误差.     

角锥型全固态非平面环形激光器473 nm单频运转

提出并实现了由热键合直角棱镜与角锥棱镜构成的新型946 nm及473 nm单频非平面环形激光器.直角棱镜由无掺杂的YAG晶体和2 mm厚的Nd∶YAG晶体热键合形成,可提供激光增益、光路闭合及对946 nm激光起偏等多种复合功能.角锥棱镜由熔融石英材料构成,在环形永磁铁作用下,提供法拉第旋转作用.实验上实现了该结构的946 nm腔内倍频,并获得了473 nm单频单向激光输出.     

角锥型全固态非平面环形激光器473 nm单频运转

提出并实现了由热键合直角棱镜与角锥棱镜构成的新型946 nm及473 nm单频非平面环形激光器.直角棱镜由无掺杂的YAG晶体和2 mm厚的Nd∶YAG晶体热键合形成,可提供激光增益、光路闭合及对946 nm激光起偏等多种复合功能.角锥棱镜由熔融石英材料构成,在环形永磁铁作用下,提供法拉第旋转作用.实验上实现了该结构的946 nm腔内倍频,并获得了473 nm单频单向激光输出.     

切削微角锥棱镜型超高定向反射膜的分析与测试

采用几何光学法对切削微角锥棱镜薄膜结构单元的反射特性进行理论分析,采用光学仿真软件对该结构单元的反光性能进行模拟验证,并与传统微角锥棱镜薄膜结构单元进行对照.结果表明,理论中,当平行光垂直于结构底面入射并忽略吸收时,该切削结构薄膜单元可实现完全定向反射,而相同条件下,传统微角锥棱镜结构薄膜单元定向反射率为66.7%.模拟仿真的定向反射率分别是92.3%和62.4%.建立了薄膜定向反射率测量方法,对具有上述两种结构单元的薄膜样品的定向反射率进行测试,测试结果分别为67.8%和39.5%.     

Reflection of Surface Plasmon Polaritons by a Corner Reflector of Negative Index Materials

A novel type of corner reflector for the reflection of surface plasmon polariton (SPP) is proposed. The reflector consists of two layers of compensatory media whose permittivity and permeability take opposite signs to that of the corresponding layer of the SP waveguide. By rigorously solving Maxwell's equations, the reflected SPP is proved to exist. The transverse wave vector of the reflected SPP is always antiparallel to that of the incident SPP and no phase retardation is introduced.     

Optical Design of a Space Retroreflector Using a Hybrid Search

Retroreflectors on satellites are used as targets for laser ranging and laser long-path absorption measurements of atmospheric trace species. To compensate for the velocity aberration, slight tuning of the design is necessary. The curvatures of mirrors, the angles between mirrors, and the direction of the retroreflector on the satellite must be tuned to optimize the optical efficiency of the retroreflector. An enumerative scheme is not applicable when the number of parameters is large. We proposed earlier a technique using a genetic algorithm for the optical design of a space retroreflector.¹⁾ In this paper, we have improved the method introducing a hybrid technique that is a combination of a genetic algorithm and simulated annealing.     

猫眼逆反射器的设计与优化

按双半球结构设计了猫眼逆反射器，并指出当折射率n＝2时，猫眼可以设计成一个完整的球体。详细研究了猫眼逆反射器的各种因素对光路光程的影响，指出加工时必须要控制两半球的对心偏差（包括胶合厚度偏差）。对猫眼返回光束的发散角进行了研究，详尽讨论了返回光线的发散角与球半径、材料折射率以及入射高度的关系。以猫眼返回光束的发散角最小为优化目标进行了优化设计，并给出猫眼的最佳设计参量。     

角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4+:YAG被动锁模激光器的研究

理论分析并数值模拟了腔内光强随角锥棱镜旋转的变化,实验证明在角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4 :YAG被动锁模激光器中,偏振耦合输出得到了锁模深度和锁模几率近乎100%的线偏振被动锁模脉冲输出.通过旋转角锥棱镜改变偏振耦合输出、调节腔内光强,可以得到被动锁模和被动调Q两种状态的脉冲输出,脉冲能量166.5 mJ/pulse,脉冲动静比高达59.7%.     

立方角锥棱镜的有效反射区

定义了立方角锥棱镜的有效反射区 ,证明了立方角锥棱镜底面角部区域 (即非有效反射区 )入射光与出射光不平行 ,并且在入射光垂直棱镜底面入射情况下计算得有效反射区的面积为底面的三分之二。     

Peak-Power Instabilities of Laser Pulses Retroreflected by a Corner-Cube Retroreflector at Different Distances

In order to obtain the change in the return laser-pulse peak-power instability with the distance between two communication terminals in a free-space optical communication (FSO) asymmetric link, which uses a corner-cube retroreflector (CCR) and a high peak-power pulse laser, we present the peak power instability of laser pulses retroreflected by the CCR at different distances. The CCR bottom surface was a circle with a diameter of 1 in., and three mirrors of the CCR were coated with silver. The weather was cloudy with winds of Category 4. The distances from the transmitter to the CCR were 120, 1,550, 3,900, and 5,240 m. The laser emitted 100 laser pulses with a peak power of 5 MW at each distance. The results of the experiments show that the increase in both absolute and relative peakpower instabilities with the distance is approximately linear. The absolute peak-power instability is more than 58.7 mV and the relative peak-power instability is more than 11.8 % if the distance increases 1 km.     

猫眼动镜横移误差容限及次镜倾斜分析

介绍了猫眼动镜干涉光谱仪的基本原理和三种猫眼镜,分析了猫眼动镜的横向偏移对干涉图的影响,推导了横移所产生的最大附加光程差公式,从相位误差角度给出了猫眼动镜的横移误差容限公式并得到了在典型参量下的定量数据．分析了猫眼镜次镜倾斜对光程差的影响,导出了次镜倾斜所产生的最大附加光程差公式,并给出了在典型参量下最大附加光程差与次镜倾角之间的关系图．     

Measurement of Dihedral Angle Errors of a Large-Aperture Space Retroreflector: Separation of the Effect of Sag Due to Gravity

A 50-cm diameter hollow cube-corner retroreflector for a space application was tested with a 60-cm interferometer. To separate the effect of sag due to gravity, the interferograms were taken at six rotational positions, with the retroreflector mounted horizontally. The zero-gravity dihedral angles and the effect of sag were estimated from the interferograms.     

角锥棱镜和柱面镜的技术表述与检测

针对近年来应用颇多的两种较特殊的光学元件——角锥棱镜和柱面（透）镜技术表述的不同形式，为使之逐渐趋于规范和统一，参照国外现行的一些技术要求以及国内公司几年来实施的具体事例，给出若干说明、建议、指标和数据处理方法，尤其推荐用光束平行差的均方差来替代最大光束平行差的指标，是评定角锥棱镜技术特性中一项关键的新指标。