红外与激光工程
2022, 51(4): 20210268
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学技术研究室, 西安 710119
2 西北大学 光子学与光子技术研究所, 西安 710069
为提高星敏感器探测极限星等的能力，采用改进型卡塞格林系统、光阑校正球面透镜组和视场校正球面透镜组相结合的结构，设计了一种光谱范围为450~950 nm、半视场为1.4°、入瞳直径为250 mm、焦距为425 mm，且能够矫正像散、场曲和畸变的大口径折反式星敏感器光学系统.基于像差理论的系统初始结构参数计算和Zemax软件光线追迹的优化设计，光学系统的次镜遮拦比为0.43，成像点80%的能量集中在30 μm内，最大畸变为0.081%，光学传递函数在奈奎斯特频率34 lp/mm处大于0.75，最大倍率色差为1.138 μm，满足星敏感器对成像的要求.对光学系统进行公差分析，在20次蒙特卡罗分析结果中，第13个结构的绩效函数最好，为4.975 16 μm，第20个结构的绩效函数最差，达到7.799 57 μm.通过对20次蒙特卡罗结构的绩效函数分析，所选定的公差值能够很好地满足光学系统性能基本要求，为加工和安装过程中的误差提供依据.
星敏感器 光学设计 大口径 折反式 Star sensor Optical design Large aperture Catadioptric Zemax Zemax
1 西北大学 光子学与光子技术研究所，陕西 西安 710069
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学应用研究室，陕西 西安 710069
激光射孔是油井完井工程领域一项具有前瞻性的技术，对提高石油资源采收率具有重要的应用价值。为提高油井激光射孔所使用的激光功率和激光传输的安全性，利用19台光纤传输972 nm半导体激光器实现了10 kW级激光空间非相干合束。通过分析参与合束的准直激光束的半径、间距与合束激光的光斑重叠率之间的变化规律以及模拟合束激光横截面能量分布，完成激光空间非相干合束器的结构设计。在300 mm的合束长度内实现了具有单一光束形态且最大合束功率达到10.441 kW、焦斑直径21 mm、线宽2.46 nm的空间非相干合束激光输出，合束效率达到98.2%。利用10 kW空间非相干合束激光完成了针对砂岩和钢板的地面激光射孔实验，射孔深度分别达到570 mm和70 mm。
空间非相干合束 972 nm半导体激光器 光纤传输 10 kW合束激光 激光射孔 space incoherent beam combining 972 nm semiconductor laser fiber transmission 10 kW combined laser laser perforation 红外与激光工程
2019, 48(10): 1005013
1 西北大学 光子学与光子技术研究所, 光电技术与功能材料省部共建国家重点实验室培育基地, 陕西省全固态激光及应用工程技术研究中心, 西安 710069
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学应用研究室, 西安 710119
报道了一种基于电光-可饱和吸收主被动双调Q技术的窄脉冲宽度、高峰值功率946 nm全固态激光器.该激光器采用808 nm 脉冲半导体激光侧面泵浦长尺寸Nd∶YAG 晶体棒抽运方式和双凹型折叠谐振腔结构, 并将横向加压式的双45°角切割掺氧化镁铌酸锂晶体电光调Q与单层二硒化钼被动可饱和吸收调Q相结合, 通过优化设计谐振腔结构, 在脉冲重复频率550 Hz时, 获得了最大单脉冲能量3.15 mJ、脉冲宽度9.1 ns、峰值功率高达346 kW的946 nm主被动双调Q脉冲激光的稳定输出, 脉冲宽度和能量的峰峰值不稳定度分别达到±2.87%和±3.42%, 光束质量因子分别为Ｍ2x＝3.851和Ｍ2y＝3.870.
主被动双调Q MgO∶LiNbO3电光晶体 窄脉冲宽度 高峰值功率 Active-passive double Q-switching MoSe2 MoSe2 MgO∶LiNbO3 crystal Short pulse width High peak power
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院研究生院，北京 100049
对双波段红外扫描成像光学系统进行了研究，结合三次成像技术和100%冷光栏效率技术，设计了一个共口径双通道红外扫描成像光学系统。该系统包括前端共用的双反射系统、分束镜、准直镜组、扫描镜和成像镜组。光波经过双反射系统在主镜之后被分束镜分成中波红外通道(3 μm～5 μm)和长波红外通道(10 μm～12 μm)，经准直镜组及成像镜组会聚探测器上，实现中波红外系统与长波红外系统共口径同步成像。设计结果表明，长波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.4以上，中波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.78以上，满足实际应用的要求。
光学设计 红外光学系统 双波段 共口径 扫描 optical design infrared optical system dual-waveband common aperture scanning
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 光学技术中心,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
3 南开大学 现代光学研究所 光电信息技术教育部重点实验室,天津 300071
利用传统光学系统评价指标斯特利尔比和能量集中度来表征波前编码系统的成像特征,建立了系统"离焦不敏感性"的评价函数。采用所建立的评价函数设计了应用波前编码技术的三片式系统,系统焦深比原系统扩展10×以上。结果表明:新设计方法使得波前编码系统设计得以在流行的光学设计软件CODE Ⅴ、zemax中实现,并可以很方便地控制"离焦不敏感性"和"图像可恢复性"之间的平衡,解决了目前波前编码系统设计时没有现成软件,没有成熟方法的问题。
焦深 波前编码 相位板 优化设计 depth of focus wavefront coding(WFC) phase mask optimization design
1 南开大学现代光学研究所光电信息技术教育部重点实验室,天津,300071
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033
设计了一个光学/数字成像系统,该成像系统利用三次位相元件辅以数字图像处理技术,在保持系统光通量及分辨率不变的前提下,提高了光学系统焦深.进行了仿真实验,实验以传统的双高斯型照相物镜为光学系统模型,选取焦点及离焦-1.6 λ(λ=550 nm)近似-6.4倍焦深两个成像位置.对比分析了传统光学系统及光学/数字系统的焦点位置调制传递函数(MTF)、离焦1.6λ处调制传递函数(MTF)及在瑞利判据±100倍焦深范围内的离焦传递函数.通过光学设计软件CODEV9.7新增图像模拟功能,得到了光学系统的模拟成像结果.利用自编图像处理程序,得到最终的成像结果.结果表明,该光学/数字成像系统确实能够有效扩大光学系统焦深6倍以上.
照相物镜 光学设计 位相板 焦深
