迈克尔逊干涉光谱仪动镜倾斜误差容限分析

系统分析了迈克尔逊干涉光谱仪中平面动镜在运动过程中发生倾斜致使反射光束偏转时对干涉图的影响.结果表明,光束偏转带来的误差分为三部分：光束偏转导致整体增加的恒定光程差,垂直光轴方向因不同光线而引入的偏移光程差以及偏转光束中心相对于光轴的偏移量.从调制度和相位误差角度给出了平面动镜倾斜误差容限,并讨论了减小干涉图受光束偏转影响的方法.     

相干合成子光束一致性检测研究

分析了激光相干合成装置及其光路调整要求,提出利用剪切干涉检测合成光路中子光束一致性的方法。分析剪切干涉原理,建立了剪切板干涉物理模型,以相干合成中两路矩形光束拼接组束为例,数值模拟并研究了子光束的整体倾斜、离焦所对应的剪切干涉条纹,得到了条纹图像与子光束光轴误差、离焦误差之间的对应关系,用于相干合成光路中子光束光轴和发散角误差的判断。光轴倾斜大于5μrad时,可以直接观察互干涉和自干涉条纹变化,发散角在大于10μrad时,干涉条纹变化明显。此外,剪切干涉的自干涉条纹平移可用来检测子光束间的活塞误差,可作为光束拼接相干合成中闭环相位检测和控制的手段。     

相干合成子光束一致性检测研究

分析了激光相干合成装置及其光路调整要求,提出利用剪切干涉检测合成光路中子光束一致性的方法。分析剪切干涉原理,建立了剪切板干涉物理模型,以相干合成中两路矩形光束拼接组束为例,数值模拟并研究了子光束的整体倾斜、离焦所对应的剪切干涉条纹,得到了条纹图像与子光束光轴误差、离焦误差之间的对应关系,用于相干合成光路中子光束光轴和发散角误差的判断。光轴倾斜大于5 rad时,可以直接观察互干涉和自干涉条纹变化,发散角在大于10 rad时,干涉条纹变化明显。此外,剪切干涉的自干涉条纹平移可用来检测子光束间的活塞误差,可作为光束拼接相干合成中闭环相位检测和控制的手段。     

干涉光谱仪动镜倾斜误差容限分析

本文从调制度和相位误差角度,系统分析了双光束干涉光谱仪中,当光束孔径为圆形和矩形时,动镜运动过程中发生倾斜的影响,讨论了动镜倾斜容限以及减小动镜倾斜误差的方法.     

转镜式干涉光谱仪中的误差容限研究

通过分析可知,转镜的晃动不影响干涉图的调制度,但会带来干涉图周期的变化.通过研究晃动带来干涉图的周期变化,可找到晃动的容限.结果表明：转镜式干涉光谱仪对转镜的晃动不敏感.用同样的方法可以确定转镜转速误差的容限,转镜对转速稳定性有着较高的要求.转镜式干涉光谱仪中的反射镜不是动件,安装时的倾斜对干涉图的调制度和相位都有影响,通过计算,这种影响可得到反射镜的倾斜容限.结果表明,转镜式干涉光谱仪对反射镜的安装准确度有很高的要求.     

空间调制傅里叶变换红外光谱仪多级微反射镜倾斜误差分析

空间调制傅里叶变换红外光谱仪无可动部件,系统稳定而紧凑,而且程差可控,可实现在线监测和实时检测。多级微反射镜是光谱仪干涉系统的关键器件,其在系统中的位置精度对光谱仪性能影响很大。本文对多级微反射镜的倾斜误差引起的光程差变化进行了理论计算,并利用光学软件进行了模拟仿真。分析结果表明,随着多级微反射镜倾斜角度的增大,干涉图对比度下降,对应的光谱图脉冲谱线展宽,信噪比下降,严重时会出现波数偏离。以上分析方法对后期系统公差分配及装调有着重要的指导意义。     

同步辐射束流尺寸测量干涉仪的设计与仿真

基于同步光的干涉法,是一种非拦截高精度的束流截面测量手段。相比传统成像法,干涉法可以测量更小的束团尺寸、分辨率更好,较短测量波长下有望获得亚μm级的分辨率,因此在同步辐射光源中得到广泛应用。对合肥光源HLS II的原有同步光干涉装置,提出了将原有的干涉光路中第一面聚焦透镜换成RC结构聚焦反射镜,第二面单透镜换成双胶合透镜,以达到在不改变光路光轴情况下减小色散和几何像差,从而提高光路成像质量的目的。采用几何光路设计方法对成像质量进行评价,并进行物理光学仿真计算,得到测量系统的干涉条纹。仿真结果表明：光学系统成像的艾里斑半径减小约35%,点列图的均方根半径减小了约99%,波前差也减小了约75%,调制传递函数（MTF）的截止频率提高了约65%,采用聚焦反射镜代替原有的聚焦透镜可大幅提升光路成像质量。     

圆锥透镜对倾斜球面波光束的衍射模式

由于球面波入射圆锥透镜所产生的出射光束具有焦深长和中心光斑直径较小的特点,适合激光通信以及长距离测量.在实际使用中,入射球面波很可能与圆锥透镜的光轴发生倾斜.研究了圆锥透镜对倾斜球面波光束的衍射特性,通过基尔霍夫衍射理论以及稳相法分析,分析了其径向衍射光场分布形式,并用计算机进行了仿真.使用了半径为15 mm、底角为1°的圆锥透镜进行实验,并对仿真结果进行了验证.仿真和实验证明,减小入射球面波曲率半径、出射光束传输距离和入射光束倾斜角都可以减弱入射光束倾斜对衍射图的影响.     

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.     

基于旋转双棱镜的光束复合跟踪控制技术

提出一种基于旋转双棱镜的光束复合跟踪技术,用于取代传统伺服转台实现精密的光学跟踪。首先,建立双棱镜的光束偏转模型,详细推导光束偏转矢量与双棱镜转角间的转换关系,并对跟踪过程中的棱镜旋转非线性问题进行了分析。提出基于快速反射镜进行光轴修正的双棱镜光束复合跟踪方法,通过建立偏转光轴与光学基台间的扰动耦合关系,实现了对双棱镜转速的实时补偿,并改进棱镜控制器以提高光束控制性能。搭建实验系统,对旋转双棱镜复合跟踪技术进行验证。在动态跟踪实验中,采用改进控制器的双棱镜的控制精度明显提高,相较于比例-积分-微分控制器和线性自抗扰控制器,所提出的改进控制器使棱镜的控制精度分别提高58.33%和32.81%,并使跟踪误差由改进前的49.03μrad和38.88μrad降低为31.15μrad。开启视轴补偿后跟踪性能进一步提高,总跟踪误差降至7.49μrad,跟踪精度提高4.16倍。实验结果表明,光束复合控制能有效提高双棱镜的跟踪精度,验证了所提方法的有效性。     

Folded diffractive laser resonators with user-defined fundamental mode

The adjustment effort required for the alignment of laser resonators with arbitrarily shaped end mirrors can be significantly reduced by folding the resonator path half-way between the two end mirrors and by slightly tilting the resonator axis. Thus the resulting resonator consists only of one diffractive mirror and a plane mirror, and the separate alignment of both diffractive end mirrors with respect to each other can be avoided. This principle is demonstrated by a Nd:YAG laser with super-Gaussian output beam. Furthermore, it is shown theoretically that the influence of phase quantization effects on the beam quality can be strongly reduced as a consequence of the tilted resonator axis.     

光电经纬仪主镜面形变化的有限元分析

为了从整体上了解装配支撑系统后主镜面形变化情况,采用有限元分析方法对某光电经纬仪主镜系统结构进行了分析.在不同倾角下分析镜面及其支撑系统的自重变形,得出镜面及其支撑系统在各个俯仰高度上的变形位移.分析结果表明,在各个倾角状态下,主镜在Z方向上位移较大,最大达1.4 μm,造成镜面反射面平移,对反射面焦距有影响;X方向为旋转轴方向,变形较小,为0.01";Y方向为镜面倾斜方向,变形在0.5"左右,造成镜面弯曲.     

Parallel Plate Interferometer with a Reflecting Mirror for Measuring Angular Displacement

A parallel plate interferometer with a reflecting mirror for measuring angular displacement is proposed. A deflection angle of a beam caused by an angular displacement is amplified by use of a reflecting mirror to increase the optical path difference (OPD) in the plane-parallel plate, which provides high sensitivity of the phase measurement. Detection of light transmitted through the plane-parallel plate with a position sensitive detector (PSD) enables high accurate measurement of the initial angle of incidence to the plane-parallel plate with insensitivity to stray light. The improved parallel plate interferometer achieves a measurement repeatability of 10⁻⁸ rad.     

新型傅里叶变换光谱仪反射镜倾斜容限分析及实验

采用微机电系统微镜阵列和倾斜反射镜替代传统傅里叶变换光谱仪的动镜系统,提出一种基于微机电系统微镜阵列的新型傅里叶变换光谱仪.介绍了该光谱仪的工作原理,分析了倾斜反射镜倾斜角度的容限范围,并搭建了实验系统,进行了实验验证.理论推导表明:在近红外区域,反射镜倾角理论最大值为0.52°,光谱分辨率达到8 nm;在可见光区域,反射镜倾角理论最大值0.183°,光谱分辨率达到3 nm.选取可见光源488 nm激光器进行的实验验证结果表明:在倾角容限范围之内,光谱能准确还原;反之,光谱严重失真.最终,采用复色光源进一步实验验证了理论分析的正确性.     

Enhanced excess noise in laser cavities with tilted mirrors

Enhancement of the transverse excess-noise factor is theoretically predicted in optical laser cavities with tilted end mirrors and nonuniform transverse loss. In particular, it is shown that in a loss-guided laser close to the plane-plane geometric instability boundary the excess-noise factor that is induced by mirror tilting may largely exceed that predicted for the aligned cavity. This excess noise is related to beam walk-off induced by mirror tilting, which makes possible transient amplification of noise in the transverse plane.     

静态傅里叶变换光谱仪的机理及干涉条纹的校正

针对高速、瞬时光谱测量要求光谱仪的结构简单、装备方便、实时性强的特点,文章介绍了一种静态傅里叶变换光谱仪,并对其原理进行了推导与剖析。针对其调整中出现的干涉条纹的倾斜校正问题,进行了详细的理论分析和干涉条纹模型的数学推导,得出倾斜镜旋转参数和光学元件最小通光口径之间的数学关系,以及倾斜镜旋转参数和干涉条纹旋转参数之间的数学关系。通过利用Matlab7.0数学工具,对所总结推导的干涉条纹模型进行模拟,对所得的各种参数之间的数学关系进行验证。分析结果表明据此数学关系所求得的β角校正精度达到1.4%,是一种有效可行的校正方法。     

偏心激励聚合物光纤横截面的光功率分布

研究了偏心激励多模聚合物光纤横截面的光功率分布。用光线追迹法计算了不同的激励源偏心距离和光纤长度时,光纤出射端横截面的光功率分布,并用二维CMOS图像探测器阵列进行了测量。数值计算和实验测量的结果均表明随着激励源偏心距的增加,光功率分布由光纤轴心向外偏移并形成环状;光功率分布在圆周方向的均匀性随着光纤长度的增加而趋于均匀。对中心激励的弯曲光纤光功率分布的测量结果表明,当弯曲曲率半径远大于临界曲率半径时,光功率分布无显著展宽,光功率分布随曲率半径的减小而向曲率外侧偏移;当光纤弯曲半径接近于临界曲率半径时,光功率分布显著展宽。     

自组装静电驱动微机电系统倾斜镜

研制了一种基于自组装技术的静电驱动微机电系统(MEMS)倾斜镜,并利用表面硅工艺PolyMUMPs制备了样品。倾斜镜主要由一个中心镜面,两个偏转梁和两个可实现自组装的复合悬臂梁组成。中心镜面离衬底的高度可通过增大金和多晶硅复合悬臂梁的残余应力梯度得到提升。热退火技术被用于提高金层的残余应力。器件结构利用有限元仿真软件进行了优化并通过实验进行了验证。经过200 ℃热退火后,倾斜镜的偏转角度可以达到3.6。该倾斜镜可运用于微光机电系统。     

自组装静电驱动微机电系统倾斜镜

研制了一种基于自组装技术的静电驱动微机电系统(MEMS)倾斜镜,并利用表面硅工艺PolyMUMPs制备了样品。倾斜镜主要由一个中心镜面,两个偏转梁和两个可实现自组装的复合悬臂梁组成。中心镜面离衬底的高度可通过增大金和多晶硅复合悬臂梁的残余应力梯度得到提升。热退火技术被用于提高金层的残余应力。器件结构利用有限元仿真软件进行了优化并通过实验进行了验证。经过200 ℃热退火后,倾斜镜的偏转角度可以达到3.6。该倾斜镜可运用于微光机电系统。