自聚焦透镜及其光学参数的实验测定

一、前言自聚焦透镜是一种形状呈圆柱体(图1),折射率按以下方式分布的新型光学元件: 根据非均匀介质中射线光学理论的分析可知,这种光学元件与普通透镜一样具有聚焦和成像性质.但与普通透镜相比,它的焦距容易做得很短,作成像元件时,它具有很小的共轭距离.因此它已广泛地应用于需要激光束聚焦的光盘技术和需要尺寸紧凑的成像系统中.     

自聚焦透镜列阵及其应用

介绍自聚焦透镜列阵的成像原理、制作工艺及设计方法,并就应用前景作一简要分析。     

自聚焦透镜成象矩阵公式的近似性

本文从光线方程出发,对自聚焦透镜成象矩阵公式做了详细推导,由推导过程即可看出该公式的近似性及其应用范围,纠正了一些文献上认为该公式可应用于非高斯光学成象的看法。     

使用自聚焦透镜测量小位移的新方法

提出一种使用自聚焦透镜构成的光强度调制的光学位移测量原理，利用发光二极管作光源，光从第一根自聚焦透镜发出，然后受到反射镜的反射而进入第二根自聚焦透镜，当反射镜有小位移时，进入第二根自聚焦透镜的光强度被调制，用光电管检测光强度的变化，可以确定位移的大小。根据该原理，位移分辨率的理论值可达１０＾－９ｍ，实验测量的位移分辨率为１０＾－８ｍ，该原理亦可用于测量小振动和压力等量。     

自聚焦透镜列阵重叠度的研究

本文讨论了自聚焦透镜列阵重叠度,分析了重叠度对分辨率及照度分布的影响,并对一系列单根自聚焦透镜和两列自聚焦透镜列阵作了测量,得到了制造自聚焦透镜列阵的一个重要依据.实验中总结出照度分布不均匀规律的经验公式.     

自聚焦透镜列阵的设计原理与制造

讨论了自聚焦透镜及其列阵成像的规律.根据所需列阵的共轭距离,分辨率等确定单根自聚焦透镜的几何尺寸和光学参数,设计出复印机用的自聚焦透镜列阵.最后,对列阵的制造作了初步介绍.     

放大／小自聚焦透镜列阵的研制

本文讨论了放大／缩小自聚焦镜列阵成像原理。根据设计方程、确定了列阵的主要参数，制成了列阵样品，并对样品的参数进行测量。     

自聚焦排透镜参数分析及制作

自聚焦排透镜(SLR)是利用自聚焦透镜(SELFOC LENS)制作的一成象器件。本文就SLR的工作原理,及各参数对成象的影响进行了分析。并实际制作了几种不同规格的自聚焦排透镜为研制自聚焦排透镜提供了极好的基础。     

自聚焦透镜的薄透镜等效系统

本文分析了自聚焦透镜的成象特性,提出了用薄透镜系统等效自聚焦透镜的方法,这种方法给用几何作图法和解析法求解物象关系带来了很大方便。     

梯度折射率棒透镜的色差估计

对梯度折射率(GRIN)棒透镜色差的影响因素进行了研究,在玻璃光学性质计算模型的基础上建立了梯度折射率棒透镜色差估计函数与基础玻璃性能、交换离子对性质和参与交换的离子数量之间的关系。对Na+/Li+,K+/Cs+和K+/Tl+交换制备的梯度折射率棒透镜的色差进行了计算,结果表明,GRIN棒透镜的色差评价函数主要取决于基础玻璃和交换离子的性质,而与参与交换的离子数量无关。     

理想自聚焦棒透镜和Maxwell鱼眼微球透镜对有限远物点成像及球差

本文用变折射率介质中的光线理论研究了具有双曲正割折射率分布的理想自聚焦棒透镜对有限远物点成像的像距及其纵、横向球差的计算公式。并将它与Ｍａｘｗｅｌｌ鱼眼微球透镜对有限远物点的成像作对比。严格的数值计算结果表明：两类透镜的纵、横向球差都随折射率梯度的增强而减小。弱梯度时棒透镜比球镜的球差小；但强梯度短物距时球透镜可达到比棒透镜的球差小一、两个数量级。     

一种自聚焦透镜的成像解

自聚焦锥透镜与圆柱透镜相比较，有其特殊之处。柱透镜在近轴平行光入射时，光线的振幅、相位、周期保持不变，而锥透镜的三者均发生变化，而且求解锥透镜的光线方程也比圆柱透镜复杂得多。本文推导了一个锥透镜的光线方程。可据此设计经过锥透镜后的光源大小，这在微系统照明中非常有用。     

减小球差的环带透镜设计

根据光线经过折射面后像距和折射面参数之间的关系,将折射面划分为若干同心圆环,各圆环之间沿光轴有一定的轴向间隔。一束平行于光轴的光线入射后,经过不同部分光线的像点相互重叠从而使球差减小。根据上述思想用单透镜构造一个透镜称为环带透镜,然后以环数为2的透镜为例用CODE V进行像差分析。和双胶合透镜比较得出:环带透镜的球差、波像差以及轴上点的弥散斑优于胶合透镜,同时光学传递函数指标提高,接近衍射极限。     

线性色散设计的光谱共焦测量技术

研制了高精度的光谱共焦位移测量系统并完成相关测试。基于色差理论和材料优化选择设计一种色差与波长成线性关系的色散物镜,有助于平衡系统在全测量范围的灵敏度。理论分析了系统参数对系统的影响规律,计算了针孔尺寸与系统的分辨率和信噪比的关系,给出了参数优化结果。利用设计的线性色散物镜和参数优化结果,构建了光谱共焦测量系统,完成了系统的校准、测试和应用研究。结果表明,系统的轴向测量范围达到1 mm,分辨力优于0.5μm,全程测量误差小于2μm,符合设计要求。     

线性色散设计的光谱共焦测量技术

研制了高精度的光谱共焦位移测量系统并完成相关测试。基于色差理论和材料优化选择设计一种色差与波长成线性关系的色散物镜,有助于平衡系统在全测量范围的灵敏度。理论分析了系统参数对系统的影响规律,计算了针孔尺寸与系统的分辨率和信噪比的关系,给出了参数优化结果。利用设计的线性色散物镜和参数优化结果,构建了光谱共焦测量系统,完成了系统的校准、测试和应用研究。结果表明,系统的轴向测量范围达到1 mm,分辨力优于0.5 m,全程测量误差小于2 m,符合设计要求。     

低色差GRIN棒透镜制备工艺的研究

熔制了含Li+硅酸盐玻璃,玻璃的棒料在NaNO3熔盐中进行离子交换后得到了梯度折射率(GRIN)棒。采用干涉法测得了GRIN棒的折射率分布曲线。实验结果表明:通过所述的工艺,可以获得直径达5mm的GRIN棒,其折射率分布曲线与双曲正割曲线接近。分析表明GRIN棒的轴向色差评价函数值约为0 6～0 7%。     

Chromatic aberration of the gradient lens

Chromatic aberration of a thin solid gradient lens is analysed by means of the Hartmann dispersion relation. From the analysis it follows that it is possible to obtain optical elements with the opposite chromatic aberration to that of classical lenses. These elements may be utilised, for example, for the reduction of the chromatic aberration of classical lenses.     

热透镜的球差效应对大基模体积激光谐振腔模式的影响

固体激光器在强抽运的条件下,激光晶体热透镜的球差效应是不容忽视的,尤其是在大基模体积的动态稳定腔中,会影响谐振腔的振荡模式,进而影响腔内损耗和输出功率.通过Fox-Li的衍射迭代算法,分析了谐振腔的自再现模,表明在热透镜球差效应作用下,基模的光强分布出现了旁瓣,并由此带来了光束质量的下降,最后通过实验结果验证了理论分析,指出光束填充因子是激光器设计的一个重要因素,其最佳值需要根据球差效应的强弱,通过实验的方法来确定. 关键词： 热透镜 球差效应 谐振腔模式