红外与激光工程
2023, 52(7): 20230299
1 南京信息工程大学 自动化学院, 南京 210044
2 南京信息工程大学 物理与光电工程学院, 南京 210044
3 南京信息工程大学 江苏省大气与环境装备协同创新中心, 南京 210044
基于传输矩阵法(TMM)研究了可见光波与棱镜耦合的多层光学薄膜间的相互作用, 实现了一种由于共振隧穿导致的带通滤波器。计算得到了复合结构的透射谱线, 重点分析了棱镜间空气层厚度对滤波特性的影响。在横电(TE)波入射下, 通过优化计算得到目标颜色对应的几何参数。同反射模式下的颜色滤波器不同的是, 结构会透过一种特定的颜色并反射光谱的其余部分。优化后得到了红绿蓝(RGB)三色滤波器优化的结构参数,获得了100%高透射率的光谱输出。红色、绿色、蓝色对应的滤波器谐振波长分别为683 nm、517 nm 和 444 nm。
抑制全内反射 带通滤波器 共振隧穿 Frustrated total internal reflection Band-pass filter Resonant optical tunneling
光子学报
2020, 49(10): 1002002
南京信息工程大学物理与光电工程学院, 江苏 南京 210044
设计了一个具有快焦比长焦距的日盲紫外光学系统。其F数为2.0,焦距为100 mm,总长与焦距之比为1.5。该系统由全球面透镜构成,未采用非球面或衍射光学元件,便于加工和检测。其中,正透镜采用氟化钙材料,负透镜采用熔石英材料,有效地校正了系统色差,最大垂轴色差不超过一个像素大小。设计结果表明,该系统成像性能优良、分辨率高,兼容了快焦比和长焦距的特点,满足设计要求,并且通过公差分析验证了该系统的工程可实现性。
光学设计 紫外镜头 日盲紫外光谱 快焦比 长焦距 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 192201
1 南京信息工程大学物理与光电工程学院, 江苏 南京 210044
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
3 同济大学物理科学与工程学院, 上海 200092
头戴显示系统在现代教育、医疗和娱乐等领域具有广泛的应用,离轴反射式头戴显示光学系统是头戴显示系统的一种设计形式,既能满足小型化和结构紧凑的需求,又能实现宽光谱成像,无需校正色差;然而,现有离轴反射式头戴显示光学系统的设计难以满足大出瞳直径和小F数相兼容的要求。针对该问题,提出基于光学自由曲面的离轴两反头戴显示光学系统,实现了大出瞳直径和小F数。该自由曲面头戴显示光学系统分别采用双曲率基面自由曲面和XY多项式自由曲面,出瞳直径为10 mm,F数为3.0,视场角为28°,出瞳距大于15 mm。该系统的成像性能满足要求且优于现有设计结果。
光学设计 头戴显示光学系统 光学自由曲面 大出瞳直径 小F数
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
对于梯度变化较大的光学自由曲面，采用模式化方法对光学面整体重构，其重构精度受到限制，无法满足要求，而且曲面局部特性无法精确表征。针对以上问题提出了基于Zernike多项式和径向基函数的自由曲面重构方法，提高自由曲面的重构精度。将整个自由曲面分解为多个圆形子区域，在各个圆形子域中采用Zernike多项式作为基函数进行曲面局部拟合，然后利用径向基函数形成整个自由曲面。通过数值实验对5种不同类型的曲面进行重构分析，实验结果表明，自由曲面重构精度优于纳米量级，验证了所提重构方法的适应性和高精度，在现代光学系统制造和检测中具有一定的应用前景,同时对自由曲面重构中的一些关键问题进行了讨论分析。
光学设计 光学自由曲面 Zernike多项式 径向基函数 曲面重构
南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
为研究闪电特性, 设计了用于闪电实验室场景模拟的大变倍比近红外无焦激光扩束光学系统, 用于模拟不同光斑尺寸的闪电单元。根据高斯光学几何法计算系统外形尺寸, 合理确定了各组份的口径及光焦度; 由ZEMAX软件包优化设计得到系统的光学结构参数, 并对系统整体性能进行了分析评价。该系统变倍比为13, 出射光束光斑均匀、无衍射环, 满足研究闪电信号特性的需求。激光扩束系统的中心工作波长为777.4 nm, 入射光束直径为1.0 mm, 入射激光光束在步进电机驱动下连续可调, 使得出射光束可从φ0.8 mm变化到φ10.6 mm。系统具有镜片少, 结构简单, 变焦轨迹平滑无卡滞等优点, 可用于模拟不同尺寸的闪电单元。
激光扩束系统 光学设计 闪电模拟 大变倍比 近红外变倍 laser beam expanding system optical design lightning simulation large zoom ratio near-infrared zoom
南京理工大学 电光学院, 江苏 南京 210094
闪电场景模拟系统中需要不同强度分布的光轴平行的多路光束, 多棱镜分光系统能够实现平行光束增宽和强度分布调制。为获取彼此平行的多路光束, 采用五棱镜扫描法完成等间隔分布的四棱镜分光系统的多光束光轴平行度检测, 通过CCD采集返回的与特定光轴位置信息有关的光点光强分布, 并编制相关的软件计算质心偏差, 为分光棱镜的定位装校提供直观准确的反馈信息, 装校装置具有简单方便的特点。装校后的四棱镜分光系统在x、y、z 3个方向上的光轴匹配精度分别小于3′、4′和4.5′, 4束平行光的光强之比约为8∶4∶2∶1。进一步提高CCD分辨率和增大成像物镜L的焦距后, 光轴的匹配精度可以达到秒量级。
光学系统 光轴平行度 五棱镜扫描法 optical system optical axis parallelism penta prism scanning method
南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
根据光学自由曲面数学描述复杂，但面形较为平滑的特点，提出一种新的基于子曲面分割和迭代的自由曲面光线追迹方法。通过离散点分割形成子曲面阵列，根据三角形内角和定理确定目标子曲面，对目标子曲面进行切平面迭代完成光线追迹。通过数值仿真，采用所提方法分别对偶次非球面、双圆锥曲面、扩展多项式面和单透镜无像散系统进行光线追迹，并与ZEMAX追迹结果进行比对。结果表明：该方法在离散点采样密度很低的情况下(降低了计算机的内存消耗和运算时间)仍然可以保证光线追迹的精确性，与ZEMAX中光线和自由曲面交点的偏差达到10-3(nm)量级，出射光线角度的偏差达到10-3(")量级。
光学自由曲面 子曲面 光线追迹 迭代算法 optical free-form surface sub-surface ray tracing iterative algorithm ZEMAX ZEMAX
