最优数棱镜组及棱镜耦合扩束支腔计算

本文给出扩束棱镜组的最优数计算和取定公式,可使其单程透过率取得接近最大值的较大值。给出使棱镜耦合扩束支腔的单程损耗基本一致的简便计算方法,可省去繁琐的数值求解运算。     

双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移

当入射角大于全反射临界角时,双棱镜结构中透射和反射光束的古斯-汉欣(Goos-Haenchen)位移具有饱和效应,并且只有波长数量级。利用稳态相位法研究了当入射角小于全反射临界角时双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移。研究表明,传播模式下透射光束的古斯-汉欣位移是空气层厚度、入射角和双棱镜折射率的周期性函数。当透射共振时,透射光束的古斯-汉欣位移可达入射波长的几十倍,与入射角大于全反射临界角的情况相比,透射光束的位移通过边界的相互作用具有共振增强效应;在非共振点处,对称结构中的反射光束具有与透射光束相同的古斯-汉欣位移。共振增强的透射光束的位移在光开关及光耦合器中具有潜在的应用。     

基于神经网络的消色差旋转双棱镜反向解算

为了实现基于双棱镜的光电跟踪平台,需要根据光束指向精确求解两棱镜转角。基于非近轴光线追迹法与二步法,利用神经网络拟合了消色差旋转双棱镜角度差值与偏转角之间的关系,并在求解方位角与消色差旋转双棱镜两组棱镜转角的时候,将其中的非线性关系与线性关系分开,利用神经网络对其中的非线性关系进行了拟合,最终得到了消色差旋转双棱镜转角与出射光束指向的数值关系。实验表明,在仅用3层神经网络共20个神经元的条件下,得到了两棱镜旋转角度反向解算值达到了 0.000 1°量级。     

尼科耳棱镜透射光束的平移

从惠更斯原理出发,根据e光在晶体中的传播特性,从理论上详细分析了光线平行于常规尼科耳棱镜长边入射时透射光相对入射光的平移,并给出了6种改进形式尼科耳棱镜的光束平移.结果表明:对于相同的棱镜孔径Φ,阿伦斯尼科耳棱镜产生的光束平移量最小,而汤普逊倒尼科耳棱镜产生的光束平移量最大.     

旋转双棱镜光束指向控制技术综述

旋转双棱镜系统通过两棱镜的共轴独立旋转改变光的传播方向,可用于调整光束或视轴指向。与传统的两轴、三轴式光电平台相比,基于旋转双棱镜设计的光束或视轴调整装置具有精度高、结构紧凑、动态性能好等优点,已成为传统光电平台的有益补充。本文分析了双棱镜系统的光束指向调整机制;介绍了国内外相关基础研究的热点问题,主要涉及光束转向机制、光束扫描模式、棱镜回转控制以及棱镜引起的光束变形、成像色差、成像畸变的研究。文中描述了该项技术的应用进展,给出了利用该项技术开发的典型产品以及该项技术在激光光束指向调整和目标搜索、识别与跟踪成像方面的应用。最后,探讨了旋转棱镜在扫描模式、光束质量、成像色差与畸变、回转控制等方面面临的技术难题,并对其发展趋势进行了展望。     

正交双棱镜实现多光束干涉

利用2个相互平行正交放置的菲涅耳双棱镜,实现空间分波阵面的四光束干涉.用Mathlab软件对实验进行仿真模拟,计算机模拟的光强分布图与实验所得的光强分布图照片符合较好.     

微光束平移尼科耳棱镜的设计

从惠更斯原理出发,根据e光在晶体中的传播特性,从理论上详细分析了光平行于常规尼科耳棱镜长边入射时透射光相对入射光的平移并得出了光束平移的公式.通过分析发现,随结构角γ的增大光束平移量d变小的趋势十分明显.运用数学方法求出了一种光束平移量最小的尼科耳棱镜形式.     

半凸旋转棱镜对光束变换

本文对半凸旋转棱镜对光束变换进行了详细的理论分析，定量计算了变换光束的空间强度分布。结果表明经半凸旋转棱镜变换产生的光束具有“无衍射”性质     

通过圆锥光束的别汉棱镜的计算

<正> 别汉棱镜是一种复合棱镜。它是具有偏向角为45°的施米特棱镜和具有偏向角为45°的半五角棱镜的结合体,使它们在基线为零时的总偏向角等于零。通过圆柱光束的计算是比较容易的,而通过圆锥光束时,则必须根据具体的棱镜进行计算,棱镜结构如图1中实线所示,它由ABCD和ABEF组成,这两部分之间的空气隙是很小的,一般为0.05～0.1mm,可以将它忽略。假设圆锥光束的角度为2ω(指进入棱镜     

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。     

棱镜-薄膜耦合结构中光束Goos-H(a)nchen位移的增强

棱镜-薄膜耦合结构是单侧镀电介质膜的双棱镜结构中的一种,在光信号传输方面具有十分重要的作用.利用稳态相位法分析了这种结构中反射和透射光束的Goos-Hanchen位移,研究结果表明,反射和透射光束的Goos-Hanchen位移随薄膜厚度或入射角的增大除出现共振峰外,还存在反射光束的Goos-Hanchen位移共振峰为负值的新现象.在共振点处透射和反射光束的正向或负向位移量最大可达百余波长.这一结构中薄膜和入射角.对光束Goos-Hanchen位移的调制在设计新型光位移调制和光传感器件中具有潜在的应用.     

分光棱镜干涉法测量涡旋光束拓扑荷

理论分析并实验研究了涡旋光束通过单分光棱镜后的自干涉现象.研究结果表明,不同于涡旋光束与平面波或者球面波干涉,涡旋光束自干涉条纹呈"扭曲"状,且在干涉条纹边缘处会出现"断裂"条纹,其数目随着涡旋拓扑荷数增大而增大,且"断裂"条纹的指向与拓扑荷符号相关.上述结论提供了一种原理和操作简单的测量涡旋光束拓扑荷数的方法.     

精密光束偏离装置棱镜组件的光机热分析

以精密光束偏离装置的棱镜组件为有限元模型,进行了光机热集成分析.对棱镜组件的结构强度进行了校核,分析了机械载荷作用下的镜面变形;通过模态分析,给出了装置的动态特性和镜面面形振动幅值的变化情况;最后对棱镜的热弹性变形进行了分析,对棱镜的光学性能进行了评价.结果表明：棱镜组件的最大变形在10 nm量级,最大应力为0.403 MPa,应力和应变相对于结构的准确度要求和材料的许用应力具有较大的裕度;前后棱镜组件的固有频率都大于550 Hz,装置具有良好的动态性能;通过对比棱镜在热-结构耦合分析和机械载荷下的分析结果,说明热效应对棱镜表面变形的影响远远大于机械载荷的影响.装置使用时必须采取严格的温控措施.     

Wollaston式多光束分束棱镜的设计研究

基于方解石晶体的光学特性和传统Wollaston棱镜的结构特点,设计了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜。棱镜的两块晶体的光轴不再是垂直的,而是呈现一定的角度。通过结合玻璃棱镜,可以实现三束或四束光束平行光束的出射。以晶体光轴夹角为45°角为例,对该棱镜进行了讨论研究。研究得出:当一束自然单色光入射时,当入射光束的光斑大小大于两平行光束之间的距离时,可以实现两束相互垂直的偏振光和一束自然光出射,当光斑大小小于棱镜中两平行光束之间的距离时,能够产生四束分开程度可调并且平行出射的偏振光。该棱镜能为不同的应用环境提供可调节的偏振出射光束,从而节约成本。     

基于正解过程的Risley棱镜光束指向控制精度分析

为了获得Risley棱镜系统光束指向控制精度指标设计及性能提升的依据,对系统光束指向控制精度随轴系角度测量精度的非线性变化规律进行了研究。首先,以一级近轴近似矢量合成模型为基础,采用正解方法根据双棱镜方位推导了出射光束指向的解析表达式;然后,结合单自由度轴系伺服控制经验,通过泰勒级数展开的方式推导出了光束指向控制精度与轴系角度测量精度之间的非线性解析表达式,并由此获得了界定限判据;最后,分别对小偏向角系统和大偏向角系统进行了仿真分析,获得了光束指向控制精度在全视场区域内的变化情况。结果表明,本文研究所得的非线性解析式描述了影响系统光束指向控制精度诸多因素之间的相互关系,能够为Risley棱镜光束指向系统的设计及整体性能的优化提供依据。     

双光束干涉法测量双棱镜的楔角

在双光束干涉实验中测量出干涉条纹间距,在波长已知的条件下计算出虚光源的间距。利用光的折射定律可推导出虚光源间距和双棱镜的楔角的关系,从而计算出双棱镜的楔角。     

基于Wollaston棱镜的大角度液晶光束偏转系统

设计了一种能够应用于空间光通信的大角度高精度光束偏转系统。系统采用液晶空间光调制器(LCSLM)实现小角度光束偏转,采用多Wollaston棱镜级联实现角度放大。介绍了LCSLM和Wollaston棱镜的光束偏转原理,并对大角度高精度光束偏转系统进行了仿真分析。仿真结果表明系统能够实现角度范围为±13.25°的光束偏转。国内首次提出运用Wollaston棱镜来实现大角度的光束偏转。     

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.     

Wollaston棱镜阵列中子棱镜结构角误差分析

Wollaston棱镜阵列中各个子棱镜的结构角间的误差影响着光谱仪的性能.从干涉图的无缝拼接入手,推导了n元Wollaston棱镜阵列的最大光程差公式,以三元Wollaston棱镜阵列为例,分析子棱镜结构角误差对光谱分辨率的影响,通过干涉条纹光强公式构建干涉图样模型,利用Matlab软件编写相关程序,仿真了630 nm单色光的复原光谱,分析结构角误差对光谱的影响.实验结果表明:当子棱镜结构角误差大于10-3数量级时,光谱中将有伪峰出现,为Wollaston棱镜阵列的研制提供了理论依据.     

基于Dyson同心光学系统的消色差Féry棱镜高光谱成像仪的设计

为实现高光谱成像系统小型化、轻量化和高成像质量的要求,并使全工作波段具有更高的光学效率,提出以Féry棱镜组合作为分光元件的Dyson高光谱成像仪系统,系统中引入消色差棱镜组合以减小光谱的非线性色散,使棱镜系统色散的线性度达到较高。结果表明,可见近红外（VNIR）光谱通道的光学调制传递函数（MTF）达到0.9以上,光谱分辨率为4.2～6.8 nm。短波红外（SWIR）光谱通道的MTF达到0.73～0.87,光谱分辨率为6.4～12.5 nm。通过消色差Féry棱镜组合的设计,该光学成像系统两个光谱通道内的相对谱线弯曲均小于0.05%,色畸变小于0.13%。