F-θ镜头的光学设计

介绍一种适合于激光打标的聚焦镜头－F-θ镜头的光学设计.通过引入桶形畸变，得到的F-θ镜头的像高与入射角成正比，可实现打标速度的线性控制.优化设计得到的工作面积达500×500 mm2的F-θ镜头，结构简单紧凑、聚焦性能达到衍射极限.     

微球动态涂敷状态实时监测光学系统的设计

介绍了一种可用于实时监测直径0.2～1.0 mm激光核聚变靶球涂敷状态的光学系统的设计,系统采用环形LED照明系统以适合特殊的照明要求,用Petzval型物镜使500 mm处的微球清晰成像于CCD像面上,CCD输出的图像电信号经图像采集卡转换成数字信号,最后该数字信号由计算机进行处理,实现了系统对靶球膜层涂敷作业的自动监控,大大提高了涂敷效率。所设计的系统轴上点最大弥散斑直径为12.6 mm,轴外最大弥散斑直径为15.8 mm,整个视场的像质比较均匀,分辨率较高,对于波长522 nm的光线,场曲和畸变分别小于15 mm和0.012%,像质优良。     

微球动态涂敷状态实时监测光学系统的设计

 介绍了一种可用于实时监测直径0.2～1.0 mm激光核聚变靶球涂敷状态的光学系统的设计,系统采用环形LED照明系统以适合特殊的照明要求,用Petzval型物镜使500 mm处的微球清晰成像于CCD像面上,CCD输出的图像电信号经图像采集卡转换成数字信号,最后该数字信号由计算机进行处理,实现了系统对靶球膜层涂敷作业的自动监控,大大提高了涂敷效率。所设计的系统轴上点最大弥散斑直径为12.6 mm,轴外最大弥散斑直径为15.8 mm,整个视场的像质比较均匀,分辨率较高,对于波长522 nm的光线,场曲和畸变分别小于15 mm和0.012%,像质优良。     

基于ZEMAX的超广角照相物镜设计

针对超广角照相物镜的设计,利用ZEMAX光学设计软件,由各种操作数对镜头的基本参数和外形尺寸进行限制,通过选择适当后组,利用三级逆伽利略系统串接的方法优化设计了前组,前后组组合在一起后经过进一步优化设计,得到一款在可见光波段内、焦距为6.2 mm、全视场角为100、F数为2.1的照相物镜。该镜头由16片球面透镜组成,设计结果表明,全视场镜头的最大畸变量的绝对值小于3.5% ,最大场曲小于0.05 mm,全视场MTF值在空间频率50 lp/mm时高于0.7,达到衍射极限。     

激光共聚焦近红外荧光扫描系统光学设计

为了实现对近红外荧光的高分辨率扫描,设计了工作在近红外光谱区的激光共聚焦光学系统。采用结构简单的凹凸双透镜物镜实现了照明光路和发射光路的设计,并采用Zemax软件进行了光学设计和仿真。实验表明:照明光路的聚焦弥散斑小于1 m,照明针孔处的聚焦光斑小于40 m,满足照明针孔的尺寸要求;发射针孔处的聚焦光斑小于10 m,满足探测针孔尺寸要求;同时照明光路和发射光路的MTF曲线的截止频率都分别满足其衍射极限分辨率的要求,照明光路在全视场空间分辨率420 lp/mm处MTF0.08,发射光路在全视场空间频率400 lp/mm处MTF0.07。     

大工作面F-Theta镜头的光学设计

目前国内用于激光标刻机的F-Theta镜头的工作面积一般不超过φ420mm.国外虽有面积较大的F-Theta镜头,但结构复杂。通过初级像差分析,确定了镜头的初始结构参量,利用光学设计软件优化得到了工作面积为φ680mm的F-Theta镜头,它由四片两种普通玻璃球面透镜构成,光学筒长不到100mm,具有结构简单紧凑,聚焦性能接近衍射极限、线性畸变小的优点,满足大工作面打标的使用要求。     

利用全反射原理测定水的折射率

介绍一种利用全反射原理测定水的折射率的方法。实验中利用He-Ne激光束在水底产生点光源,根据全反射原理对水底的暗影和水深进行测量,求出水的折射率。     

飞秒激光诱导微结构中飞秒时间分辨等离子体的时空动力学过程(特邀)

利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术研究了不同数值孔径显微物镜聚焦的单脉冲飞秒激光诱导熔融石英微结构中等离子体的瞬态时间-空间演化特性及瞬态电子密度空间分布与激光诱导微结构的联系.实验结果表明显微物镜聚焦的飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度随延时的增加先增大后逐渐减小.当显微物镜的数值孔径为0.45时,飞秒激光在样品...     

超轻小型投影式头盔显示系统折-衍混合物镜设计

在一个7片物镜的基础上,设计出一个折射和一个5片镜的折衍混合投影物镜系统,并给出了详细设计过程及性能评价。系统针对33.02 mm(1.3英寸)微显示器设计,视场为56°,出瞳直径为10 mm,出瞳距离为25mm。设计的折射系统和折衍混合系统的镜头直径分别为28 mm和22.4 mm,重量分别只有33 g和11.9 g,且最大畸变分别为3.2%和0.17%,分辨率满足SXGA显示模式。两系统均满足投影式头盔显示器在交互环境、医学可视化训练和数字化个兵等领域的使用要求。     

用飞秒激光在透明介质体内形成衍射光栅

用数值孔径为0.65的40倍显微透镜紧聚焦能量稍高于能量损伤阈值的200 fs的钛宝石激光脉冲,分别在ZK6玻璃和K9玻璃内部导致局部折射率改变,在透明介质内部形成透射式相位衍射光栅．在635 nm的He-Ne激光照射下,通过对光栅衍射效率的数值拟合计算,得出了的光栅条纹宽度与实际测量基本吻合,这从侧面证明了折射率改变区域为超高斯型的假定．还对折射率改变区域的性质进行了分析．在实验上观察到脉冲间的相互影响将导致折射率改变区域范围的增大．从理论上给出了增加1级衍射效率的途径．     

量子模型分析激光驻波原子透镜的像差

采用量子模型对近共振激光驻波原子透镜会聚Cr原子束、形成纳米量级光栅结构的物理过程进行数值模拟。为提高原子透镜的成像质量,对各种像差,如衍射像差、球差、色差、及原子束发散角、原子磁支能级、原子同位素等因素引起的像差进行了理论分析。模拟结果表明,相比粒子光学模型,量子模型能更加精确地描述原子会聚结果,且能解释原子在驻波光场中的衍射现象。在各种像差中,原子束发散角是最主要的因素,其影响大于衍射像差、球差、色差。原子的磁支能级、同位素等因素对像差影响很小,可以忽略不计。激光冷却准直原子束的方法可以减小束发散角引起的像差,压缩原子速度Vz分布范围的方法可以减小色差。     

激光冷却在原子束六极磁透镜技术中的应用

分析了由六极磁场构成了原子束磁透镜的原理及像差。在比较了热原子束和单色冷原子束的会聚效果后得出结论：影响它成像的主要因素是色差。应用激光冷却技术能使这一影响减小,从而使磁透镜在原子光学领域得到更广泛的应用。     

衍射极限非球面准直透镜

介绍了一种新的非球面透镜设计方法。通过非球面方程中二次曲面常数和非球面系数对光学系统像差的贡献来设计非球面透镜,并详细分析了非球面设计过程。设计了数值孔径NA=0.37, 纤芯Φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光器的非球面准直透镜,其焦距f=50mm。从像质评定可以看出, 非球面准直镜几乎接近衍射极限, 整个系统的波像差小于0.3λ。实验表明： 采用非球面准直系统能最大限度地利用光能率和提高光束准直性, 证明了设计方法基本正确。     

Effects of dispersion and longitudinal chromatic aberration on the focusing of isodiffracting pulsed Gaussian light beam

Taking into account the dispersion and the longitudinal chromatic aberration (LCA) of the material of the lens, focusing of isodiffracting pulsed Gaussian light beam through single lens is analyzed. The smaller the cycle number of the isodiffracting pulsed Gaussian light beam is, the higher the order of the material dispersion should be considered.     

渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法

利用波前传感器测量自由曲面镜片时,由于自由曲面镜片的直径通常大于波前传感器的接收孔径,主要采用子孔径拼接技术测量镜片的波前像差。针对子孔径拼接技术测量中存在着操作繁琐、数据处理量大等问题,提出渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法,得到渐进多焦点镜片中央直径为22 mm圆形区域内的波前像差。为了验证试验的可靠性,将测量得到的波前像差泽尼克表述中的离焦项转换为球镜度,与条纹偏折法测量得到镜片的球镜度进行对比实验,实验结果证明了渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法可以用于渐进多焦点镜片波前像差的检测。     

Liquid Pressure Varifocus Lens

A liquid pressure varifocus lens that consists of a thin polymer film and liquid is described. The lens can be continuously changed from a concave to a convex shape by driving the liquid pressure in the lens. The dynamic range of the focal length of the convex lens is from 50 to 250 mm. A beam spot verifies the variable focal function on a photographic film exposed by a He-Ne laser. In addition, the application of the laser for processing is demonstrated to manufacture Fe compressed powder sheets by normal pulse YAG laser. Its melting marks along a focus change are formed with a minimum width of 0.1 mm.     

Laser drilling of thick material using femtosecond pulse with a focus of dual-frequency beam

Laser drilling is one of the basic, most frequently performed, material removal processes. The drilling aspect ratio is theoretically limited by the size and the focal depth of the machining laser spot. The aspect ratio can be improved by using dual focus. In this paper we describe a focus of two different frequencies based on the longitudinal chromatic aberration arisen when polychromatic collimated light is incident on a positive lens element. In the experiments, a Ti:Sapphire laser of 800 nm wavelength and 150 fs pulse duration was used as a source. Two tightly focused laser spots few hundred micrometers apart from each other were formed by focusing a combined collimated laser beam which contains the fundamental optic frequency and the second harmonic optic frequency. The focus of dual-frequency beam was used to drill a 3 mm thick PMMA plate. The drilling aspect ratio of a dual-frequency beam was compared to that of a focus of single frequency beam. Experimental results reveal that dual-frequency beam increases the aspect ratio and improves the drilling quality in terms of profile of the produced features.     

Binary diffraction optical element focusing a Gaussian beam to a longitudinal segment

A phase binary ring diffraction optical element (DOE) with a radius of 3.5 mm and microrelief height of 1.06 μm was calculated and fabricated. The element focuses a Gaussian beam of a He-Ne laser with radius of 1.5 mm to a 1.7 mm long axial segment, which ranges from 51.9 to 53.6 mm, with a focal spot diameter of about 30 μm.     

多波长广角f-theta透镜光学设计

f-theta透镜作为激光扫描系统中必不可少的部件,对系统工作面尺寸、测量速度、测量精度等起着决定性的作用。为改变以往f-theta透镜扫描范围小、工作波长单一等不足,设计出了一种工作于486 nm~656 nm波段的广角f-theta透镜。通过初级像差分析,确定系统的初级结构参数,利用光学材料的不同色散性能分配合理的光焦度来进行色差校正。设计结果表明:f-theta镜头像散值在像差容限范围内满足平像场要求,f-theta镜头系统最大色差为3 μm,线性畸变误差值不超过0.015%,光能利用率接近90%,聚焦性能接近衍射极限,满足多工作波长、高精度激光打标机的实际需求。