转镜式光谱仪端反射镜误差容限分析

系统分析了当转镜式干涉光谱仪端反射镜发生倾斜,致使反射光束偏转时对干涉图的影响.发现光束偏转带来的误差分为三部分：1）光束偏转导致整体增加的恒定光程差;2）垂直光轴方向因不同光线而引入的偏移光程差;3）光束中心相对于光轴的偏移量.干涉强度中的有效信号减小,同时直流分量不变,因此信噪比降低.最后从调制度和相位误差角度给出了端反射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.     

离轴抛物面反射镜的成象特性

抛物面反射镜具有无球差的特点,但彗差严重,有中心遮拦。为了避免轴对称抛物面反射镜的中心遮拦,发展了离轴抛物面反射镜。离轴引起了象面倾斜。本文在分析离轴抛物面反射镜成象特性的基础上,介绍一种确定最佳象面的方法,给出相应的光阑位置和实际象高的计算公式。文中还举例说明这种方法的适用性和公式的使用。     

数字微镜器件在会聚成像光路中的像差分析

数字微镜器件(DMD)应用于会聚成像光路中时,其表面微镜绕各自旋转轴做偏转运动,且微镜相对平面反射镜呈非连续分布,这导致了经过DMD反射后的光束轴外视场主光线与轴上视场主光线存在光程差。利用几何光学和像差理论,在基于DMD的会聚成像光路中得到了DMD面上的像高、光线入射角度、DMD像素大小及偏转角与最终光程差之间的关系。分析了影响光学系统像质的因素及补偿方法,并通过仿真模拟和实验验证了理论的正确性。该研究结果对采用DMD器件的光学系统设计和装调均具有重要意义。     

失调同轴三反消像散系统消彗差补偿

三阶彗差是同轴三反消像散(TMA)光学系统镜面失调产生的主要像差之一。使用矢量像差理论分析了同轴TMA光学系统失调后彗差变化特性,给出了次镜和三镜像差偏移矢量的求解方法及公式,并推导了系统次镜和三镜失调导致的彗差增量系数公式,证明了三镜在X-Y平面内偏心产生的彗差可以通过一个固定比例的次镜偏心量完全补偿,提出了次镜对偏心三镜的消彗差补偿条件、次镜和三镜各自的X-Y平面偏心无彗差条件。计算了同轴TMA光学系统中三镜失调的两个例子,在消彗差补偿条件下,经过次镜主动偏心补偿,全视场均值彗差增量仅为未失调前的0.6%和1.9%,证明了消彗差补偿条件的正确性。     

用主动应力抛光模进行研磨和抛光

推荐一种抛光强光非球面光学零件的方法,当抛光模在刚性的反射镜毛坯表面移动时,该抛光模的形状在计算机控制下作连续变化。通过采用边缘弯曲杆和螺钉调节器的拉紧件,使圆形抛光模中的曲率半径,象散和彗差作所要求的改变。     

直视合成孔径激光成像雷达内发射场波前像差对成像的影响

直视合成孔径激光成像雷达采用内发射场直接波面变换平动扫描发射,通过自差接收实现高分辨率成像。由于远场目标位置的光场分布取决于内发射光场,因此内发射场的波前像差会对激光雷达图像质量产生影响。采用Zernike多项式描述波前像差,对初级像差造成直视合成孔径激光成像雷达的成像影响进行了研究,理论分析和仿真结果表明:离焦、象散、彗差和球差对成像的影响最为严重,像差越大,其对成像分辨率的影响也越大。当像差的均方根值小于0.05λ时,对成像分辨率的影响很小,当像差的均方根值为0.25λ时,其象散和彗差引起成像分辨率近似增大到原来的3倍。彗差和球差还造成不同目标位置的成像分辨率不同,离中心位置越远,成像分辨率增加越快。     

宽光谱Czerny-Turner光谱仪中的彗差与分辨率

小型光谱仪较多地采用Czerny-Turner(切尼—特纳)光路结构,其设计应遵循Shafer消彗差原理消除中心波长处的初级彗差并尽量平直整个谱面以提高分辨率。但常规设计并未考虑非中心波长处彗差和分辨率的变化情况。在对两种典型切尼—特纳光路结构进行初级彗差分析的基础上,指出交叉型光路结构宽光谱范围内的分辨率呈“V”形,而M型光路结构分辨率在全光谱范围内变化较小,近似呈“一”形,即后者宽光谱范围内的分辨率一致性远好于前者。针对于此,该文设计了光谱范围为400～600 nm的2种光路,并对其进行了理论计算和对比实验,实验结果表明,两者边缘波长处分辨率分别比中心波长处分辨率低3.7倍和1.2倍,与理论计算结果基本一致。     

莫尔条纹技术的三维测角方法研究

针对传统莫尔条纹技术在测量物体偏转角度中不能对多维角度变化进行测量的问题,采用了一种分区间设计的组合光栅方法,并结合光学自准直成像方法构建了一种新的实验系统装置,利用该系统通过测量莫尔条纹的变化实现了对被测量物体偏转角度的三维测量,对合作光学反射镜的偏转角度测量精度优于1”,绕轴转动测量精度优于2”。     

快速偏转反射镜研究现状及关键技术

快速偏转反射镜作为目标和接收器之间控制光束方向的反射镜装置已广泛应用于天文望远镜、激光通讯、图像稳定系统、自适应光学系统和激光武器等系统中。介绍国内外研制快速偏转镜的现状,在此基础上,对快速偏转镜的驱动、控制及检测等关键技术进行讨论,指出实现反射镜机构及其驱动、控制、检测系统的集成化、小型化和智能化是快速偏转反射镜的发展趋势。     

三视场红外搜索光学系统的设计

设计一款实际工程应用的红外三视场光学系统,其中大中视场利用透镜组切换变倍,小视场和大视场利用反射镜切换变倍。设计中采用二次成像的方式,3个视场共用二次成像透镜组,保证100％冷屏效率,减小第1片透镜的过口径。同时,采用非球面技术校正系统的球差和彗差,通过光学设计软件CODE V仿真,得出最大的点列斑为11 m左右,并且MTF接近衍射极限,成像质量完全满足使用要求。最后,该系统利用反射镜折叠光路实现了系统结构紧凑、体积小的特点。     

一种新型微小视频卫星光学系统设计

基于Ritchey-Chretien （R-C）光学系统,采用Zemax软件设计次镜为类曼金反射镜的折反射式光学系统。系统的焦距为3 000 mm,视场角为1,相对孔径为1/8,工作谱段为450 nm~900 nm。结果表明,截止频率为50 lp/mm处的MTF值为0.55,接近衍射极限,畸变小于0.022%。类曼金镜的非球面反射面与主镜构成R-C光学系统,消除了系统的球差和彗差,折射面分担次镜的光焦度,减小了非球面的非球面偏心率。类曼金反射镜的加入,将次镜非球面偏心率的平方由4.356减小到1.940,而且系统总长度由600 mm减小到550 mm。     

1.5米高分辨率光栅单色仪

一、仪器结构1.光路 仪器光路采用单通和双通合一,单色仪和摄谱仪合一的结构,光路系统是典型之字形排列的彗差相消的C-T型,光路主要组成部分为一块全息光栅,两块凹球面反射镜,两个狭缝,一组滤光片,摄谱转向镜和暗盒,以及为达到两次色散(双通)而设置的二块平面反射镜.2.扫描机构 仪器由微机或驱动控制器控制步进电机带动正弦机构实现波长扫描,在自动控制器控制扫描时,通过按键可以进行正常扫描,重复扫描,快速返回及停止等操作功能,改变电阻和用分频方式控制步进电机可得0.05～50nm/分10种扫描速度.     

基于双线空间像线宽不对称度的彗差测量技术

在高数值孔径、低工艺因子的光刻技术中,投影物镜彗差对光刻质量的影响变得越来越突出,因而需要一种快速、高精度的彗差原位测量技术。为此提出了一种新的基于双线空间像线宽不对称度的彗差测量技术,利用国际上公认的半导体行业光刻仿真软件PROLITH对该方法的测量精度进行了仿真分析。结果表明,与基于硅片曝光的彗差测量方法相比,基于空间像的彗差测量技术速度上的优势十分明显。其测量精度优于1.4 nm,较国际前沿的多照明设置空间像测量技术(TAMIS)提高30%以上,测量速度提高1/3左右。在ASML公司的PAS5500型步进扫描投影光刻机上,多次测量了投影物镜彗差,结果表明,该技术测量重复精度优于1.2 nm,能实现高精度的彗差原位测量。     

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.     

强激光反射镜热畸变对光束传输特性的影响

 通过等效净吸收功率密度方法获取了强激光反射镜热畸变的干涉图像，提出了热畸变反射镜在平面波照射下近场波面畸变与远场光斑的计算方法，探讨了强激光远场光斑测试的一种新思路。定量分析结果表明，对单晶硅镜，在净吸收功率210W，光照时间为6s时，最大热畸变达到0.76μm，由此造成的近场波面Zernike离焦系数为0.32μm，x方向和y方向彗差分别为0.13μm和0.22μm， x方向倾斜系数上升到0.12μm，光束质量因子达5.7。     

基于三片曲面反射镜的离轴投影成像系统

采用调制传递函数和波前像差分析方法,设计了基于偶次非球面反射镜和Zernike自由曲面反射镜构成的放大倍数为80,相对孔径为2.8的三个离轴投影成像系统.其中第一片反射镜M1表面为凹面用于减小第二片反射镜的尺寸及获得高的对比度,而第二片反射镜M2和第三片反射镜M3表面为凸面用于校正系统像差及获得更短的投影距离.经软件设计与分析,三系统中基于三片Zernike自由曲面反射镜的成像系统光学性能最好,调制传递函数实现60lp/mm时60%以上,畸变小于2.0%.与其它文献相比,基于三片Zernike自由曲面反射镜系统可以更好地消除像差,缩短系统厚度,增大系统的可视角与相对孔径.     

△(Delta)棱镜

在潜伏镜、跟踪瞄准望远镜等目视仪器中,通常采用反射镜(或棱镜)来实现空间目标扫描。近年来这种方法也开始用在摄形仪器中。它的优点是当仪器扫描时,摄形机和操作手可以保持静止不动,运动部分只是一、二块反射镜或棱镜。因此运动组元的尺寸小重量轻,容易实现高速扫描。对是带来一个问题就是当扫描反射镜绕机械轴旋转时,在象平面上影像绕系统的光轴旋转。     

非轴对称光学系统的彗差计算

本文分析了轮胎面折射的弧矢彗差性质,导出了轮胎面本身产生的彗差的计算公式,和轮胎面对入射光束彗差的放大公式,并分别举了实例.     

基于套刻误差测试标记的彗差检测技术

为了满足光刻机投影物镜彗差测量精度的要求,提出一种基于套刻误差测试标记的彗差检测技术,分析了彗差对套刻误差测试标记空间像的影响,详细叙述了该技术的测量原理,并利用PROLITH光刻仿真软件对不同数值孔径与部分相干因子设置下套刻误差相对于彗差的灵敏度系数进行了仿真实验。结果表明,与目前国际上通常使用的投影物镜彗差检测技术相比,该技术在传统照明条件下灵敏度系数Kz7与Kz14的变化范围分别增加了27.5%和34.3%,而在环形照明条件下则分别增加了20.4%和22.1%,因此彗差的测量精度可提高20%以上。     

校正低阶像差的9点促动变形镜——设计与实验

设计一有效口径为120mm的连续镜面、分立促动器的变形反射镜并进行了检测实验。以产生离焦、像散和彗差为目标,对变形镜的各项参数进行了优化,优化后的变形镜支撑有9个促动器和3个固定支撑点。固定点用于实现变形镜的定位,促动器用于镜面面形的控制。促动器采用了直线步进电机配合弹簧的结构,将电机的步进位移转换为力,在一定的线性范围内实现高精度的力促动。变形镜的检测设备采用了4D动态干涉仪,经响应函数的确定、校正力的求解和施加以及镜面再检测的步骤后,得到的实验结果表明变形镜能够产生高精度离焦、像散和彗差,且具有较大的动态范围。