透镜导管耦合系统中光线三维追迹模拟分析

半导体激光器抽运耦合系统是固体激光器的重要组成部分.非成像系统空心透镜导管构成的耦合系统非常适用于大功率的半导体抽运阵列.为了给出透镜导管耦合系统的最佳结构,需要研究抽运光束在耦合系统内及输出面的分布.利用几何光学理论,在三维空间内,建立了空心透镜导管中抽运光束传播的数学模型,推导了光束传播的三维轨迹方程;在全三维光线追迹的理论分析基础上,开发了模拟透镜导管耦合系统传输光线的3D计算机仿真软件;通过该软件可以自动获得全部抽运光线在透镜导管耦合系统中的真实传输路径及在耦合系统输出端面的分布.最后探讨了抽运光束通过空心透镜导管耦合系统后的能蕈转换效率.计算结果表明,空心透镜导管的能量转换效率可以达到96.08%以上.     

光线追迹在高能激光能量计系统设计中的应用北大核心CSCD

将光线追迹方法用于高能激光能量计的系统设计中。针对锥形腔激光能量计后向散射问题,使用光线追迹方法进行能量仿真模拟,并将其结果与理论计算结果进行对比,验证了该方法的可行性。同时将其应用于实际的高能激光能量计系统设计中。     

基于近焦点非球面透镜的LED均匀照明设计

依据几何光学和非成像光学理论,提出了一种基于大尺寸近焦点非球面透镜的大功率LED均匀光源设计方法。在该方法中,首先根据选定参数的LED通过几何光学理论初步设计非球面透镜参数,然后在ZEMAX软件中对非球面透镜参数进行基于评价函数的优化,得到焦距76.79 mm、直径为200 mm的非球面透镜。将非球面透镜导入TRACEPRO软件建模并进行光线追迹仿真,根据仿真结果获得最优透镜参数进行加工和下一步实验。实验结果表明：均匀照明系统可以在60 cm处实现发散角±8.53°的均匀照明,光斑均匀性达到95.82%。     

基于光线光学的非线性自聚焦现象的仿真分析

采用光线光学方法对非线性自聚焦现象进行仿真, 能够从宏观上直观地体现强激光的传输过程, 同时避免采用近轴近似、自相似近似等. 本文采用在光传输路径上垂直于光轴切片的方法, 将光的非线性传输转化为切片上的光对折射率的调制作用和切片间的线性传输. 在切片端面上统计光强后对量化误差进行了抑制, 而线性传输过程采用了亚当斯法求解光线方程从而解决了龙格库塔法等不能用于非线性光传输仿真的问题. 仿真结果显示, 强激光自聚焦在轴上有多个焦点, 且第一个焦点的位置随光功率的增大而更靠近入射位置; 由于追迹的是实际光线, 故可以得到近轴区以外区域自聚焦及成丝(环)的情况, 这对于强激光系统安全是有重要意义的. 利用已有的同样基于光线追迹方法的光学设计、仿真软件, 可以把非线性自聚焦介质和线性介质结合起来, 仿真光在实际强激光系统中的传输. 关键词： 实际光线追迹 非线性自聚焦 光传输仿真     

ICF系统中全息透镜聚焦特性及衍射效率分析

 根据全息透镜的工作原理，利用光线追迹法对其聚焦特性进行了理论分析。使用标量衍射法分析了全息透镜的衍射效率，讨论了不同的光栅槽型对其衍射效率的影响。对分析过程中所涉及到的有关近似处理方法的使用和影响进行了说明，讨论了全息透镜用作取样光栅的优点。     

ICF系统中全息透镜聚焦特性及衍射效率分析

根据全息透镜的工作原理,利用光线追迹法对其聚焦特性进行了理论分析。使用标量衍射法分析了全息透镜的衍射效率,讨论了不同的光栅槽型对其衍射效率的影响。对分析过程中所涉及到的有关近似处理方法的使用和影响进行了说明,讨论了全息透镜用作取样光栅的优点。     

无衍射贝塞尔光束非球面透镜设计

提出一种可产生无衍射贝塞尔光束的非球面透镜-贝塞尔透镜,该透镜由球面和非球面组成,呈旋转对称结构。利用光学设计软件ZEMAX通过光线追迹法对贝塞尔透镜进行设计,在设计和优化过程中,将出射光线与光轴的夹角作为边界条件,二次曲线参量和高次项系数作为变量。结果表明:利用标准二次曲线加上第一个高次项就可以得到比较理想的优化结果,设计的非球面贝塞尔透镜可以产生具有贝塞尔光束特性的无衍射光束。

     

无衍射贝塞尔光束非球面透镜设计

提出一种可产生无衍射贝塞尔光束的非球面透镜-贝塞尔透镜,该透镜由球面和非球面组成,呈旋转对称结构。利用光学设计软件ZEMAX通过光线追迹法对贝塞尔透镜进行设计,在设计和优化过程中,将出射光线与光轴的夹角作为边界条件,二次曲线参量和高次项系数作为变量。结果表明:利用标准二次曲线加上第一个高次项就可以得到比较理想的优化结果,设计的非球面贝塞尔透镜可以产生具有贝塞尔光束特性的无衍射光束。     

基于透镜阵列的三维姿态角度测量

三维姿态角的精确测量在航空、航天、国防等领域应用广泛,为方便准确地实现三维姿态角的测量,本文设计了一种基于透镜阵列的测量系统,并建立了微小三维姿态角测量分析模型。系统中,准直平行光束通过4个排列成金字塔形的阵列透镜,在CCD上形成规则分布的阵列光斑。通过分析CCD成像光斑间的距离、透镜阵列上相邻孔径之间的距离以及透镜阵列与CCD之间的倾斜角,可以得到光束相对于接收系统俯仰角和偏摆角,利用阵列光斑连线相对水平或垂直面的夹角,可同时得到绕Z轴的滚转角。通过与高精度自准直仪测量结果进行比较,证明所提方法的测量精度可以达到RMS≤0.1″,表明该方法能够实现三维姿态角的测量。     

正方形自聚焦透镜光线理论研究

针对正方形自聚焦透镜折射率分布特点,引入方向角概念,以平方律表征其折射率分布.从理论上研究了平方律折射率分布下正方形自聚焦透镜的光线轨迹方程,得到了子午光线表达式.结果表明,与传统径向自聚焦透镜相比,正方形自聚焦透镜的光线轨迹受光线入射方向角影响,会产生较大像差.得到了正方形自聚焦透镜数值孔径表达式,表明数值孔径并非常量,且与方向角密切相关.计算了中心轴上的最大数值孔径,方向角为0°时最小为0.405,方向角为45°时最大值0.5以上.     

镜面偏心测量光学系统设计及其杂光分析

为了解决现有镜面偏心测量设备存在的问题,本文研究了一种采用切换镜头和调焦相结合的方法来设计的镜面偏心测量光学系统,使用这个光学系统,既能使被测镜面的曲率半径扩展到-∞~+∞范围,又能保证测量精度。通过Lighttools软件对这个光学系统进行光线追迹,分析其杂光分布,结果表明:准直镜头内部多次反射产生的杂光强度很低,可以忽略。而当被测镜头中存在相邻球心像距的镜面时,产生的杂光强度比较大,在后续的图像处理过程中,必须增强目标图像的对比度。利用研制的镜面偏心测量设备进行测量实验,结果进一步验证了杂光分析的正确性。     

Divergence and aperture angle of conical light guides

Relations derived for the angle of divergence and the aperture of hollow metallic or dielectric cones may not directly be assigned to dielectric core/cladding light guides. The accurate results for the angle of aperture and divergence are stated here under consideration of the total internal reflection at the junction of the core to the surroundings. Furthermore the full angle of the conical element, the geometrical length and the varying diameters, the refractive indices and non-axial ray entrance are considered. All derivations are made by means of geometrical optics for meridional rays.     

快速空间测角系统中偏振像差的分析与研究

快速空间测角系统需要在一定的平移范围内均能实现测量功能,这就要求光束在接收单元具有一定的覆盖面积.受器件尺寸所限,选择对入射光束进行扩束,然而非正入射光经过系统会产生偏振态变化,存在偏振像差,引起测量误差.本文通过采用偏振光线追迹的方法,结合电磁场的边界条件,对快速空间测角系统中一定方位及入射角范围内的光束通过偏振棱镜后出射光束的偏振态变化与分布进行了理论研究及仿真分析;并通过搭建实验平台,利用平移接收单元来模拟不同的入射方位及角度变化.根据实验值与仿真结果的对比分析,得出在方位角为0o时,测量误差较小,在方位角为90o时,测量误差最大,且随平移距离(即入射角)的增大,测角误差增大.验证了偏振像差的存在对系统测角带来的影响及理论分析的正确性,并提出了改进措施.所得研o究结果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义.     

光谱共焦测量系统中的色散透镜组设计

光谱共焦位移测量系统具有精度高、质量轻、体积小和灵敏高等优点,可以实现在各种极端情况下的微位移测量。在光谱共焦测量系统中色散透镜组的色散特性决定了整个测量系统的性能。对色散透镜组的测量需求进行了分析,提出了详细的设计指标,基于折射、衍射两种方法对透镜组进行了设计和优化,给出了设计结果。色散透镜组的色散范围为2.2mm,光谱范围为500～700nm,线性度较好。利用分辨率为0.5nm的光谱仪接收光谱信息,理论上精度优于2μm。     

单镜头反光照相机测光范围与测光光学系统设计计算

本文分析了单镜头反光照相机测光范围与测光光学系统的关系，建立了测光系统计算模型，推导出了测光权重计算方法与公式。并通过光路追迹，编制计算机程序，给出了各种测光范围和权重的计算实例。     

A controlled conical lens for the formation of Bessel light beams

The possibility of the formation of zero-order Bessel light beams using a uniaxial crystal with cylindrical electrodes is investigated. It is shown that, if a given polarization distribution is provided in the incident beam, a Bessel light beam with the cone angle controlled by an external electric field is formed. It is proposed to use this result for the matching of the axicon parameters and creation of conical lenses with an adjustable cone angle.     

基于谐衍射的液体透镜变焦系统设计

设计了一套基于谐衍射的液体透镜变焦系统。系统对可见光波段成像,视场角2ω为150°,焦距f′为20～120mm,可实现6~X变焦。采用两片液体透镜,利用电润湿原理,无需改变透镜间距,只需调整施加于之上的电压即可实现变焦,同时引入一个谐衍射面来校正大视场所引入的色差。系统的调制传递函数曲线在奈奎斯特频率60lp/mm时,短焦高于0.7,长焦高于0.6,成像质量很好。系统的设计既保证了成像的高清晰度,又减小了系统体积,可广泛应用于内窥镜和智能手机等微型变焦系统领域。     

入射角对偏光棱镜光强透射比的影响分析

标志激光偏光棱镜设计好坏的一个重要指标是棱镜的光强透射比,研究棱镜的光强透射比随入射角的变化有助于了解实验中光线非正入射时带来的光强损失。利用菲涅耳公式并考虑到多束光的干涉,得出了激光偏光棱镜的光强透射比公式,由该公式看出偏光棱镜的光强透射比与光束的入射角,胶合介质的折射率,入射波长,胶合层的厚度,入射面的方位及棱镜的结构角有关。通过对某些参数的合理设定,较系统地讨论了入射角对棱镜光能透射比的影响,得出了棱镜的光强透射比随入射角的变化规律。     

基于RGBW光源的舞台灯变焦透镜设计

针对目前舞台灯的光束角可变范围小、照度均匀性差等缺点,在全反射式透镜结构的基础上,基于变焦透镜组原理,设计出一种采用单颗透镜的变焦透镜系统。该系统包括准直透镜和可移动的调焦片,并且使用SolidWorks软件,依次在准直透镜的镜面上进行不规则六边形复眼圆周填充阵列和调焦片的两侧进行六边形复眼圆周阵列设计。经过光学软件LightTools仿真以及实际光照效果检测,此款透镜在匹配S2WP的全彩LED光源后,上述结构能够有效解决RGBW全彩LED光源在舞台灯照明上均匀性和混光差的难题。此外,设计出的舞台灯变焦透镜的光学效率高达87%,可在0 mm~15 mm的调焦范围内,光束角(1/2光强角)的可变范围为4°~53°。     

基于FPGA的空间倾斜角测量控制系统研究

摘要：针对转台工作面空间角位置定位测量的问题,设计和实现了一种基于FPGA的空间倾斜角测量控制系统。该测控系统以圆光栅和水平电容传感器作为测量元件,根据给定的目标测量位置和传感器反馈角度值对超声波电机进行PID控制,在上位机处理测角数据和发送控制信号。FPGA实现了倾斜角测控系统的高度集成、快速跟踪和精确定位,首先通过波形仿真对验证光栅信号的细分计数和PID控制输出,最后对水平电容传感器输出在± 3″内精确定位性能进行了实验验证。