中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
采用一对圆锥镜作为整形器来产生准直平行的空心光束，并根据能量守恒定律得到了整形后空心光束的光强表达式，然后基于菲涅耳衍射积分公式仿真了该空心光束在自由空间不同传播距离处的衍射光斑及截面光强分布图，并计算得到了光束质量因子随截断直径与高斯光束半径的比值和遮拦比变化的关系曲线，为实际获得良好光束质量和整形器的设计提供依据。其次，对该系统进行了锥顶角一致性、偏心及倾斜误差对波面误差的影响分析，结果表明，对于同样大小的误差，设计锥顶角较大时得到的整形光束的波面误差较小，有利于增加加工和装调的容差范围，且装调中的偏心误差和倾斜误差具有一定的等效性，通过调整装调过程中的偏心方向和大小，可以在一定程度上抵消倾斜误差的影响，实现综合误差的互相抵消，为实际应用中的圆锥镜组整形器加工和装调提供有益参考。最后，对整形出的空心光束进行近、远场测量，结果表明实际所得到的光束质量因子符合理论计算结果。
光学设计 高斯光束 空心光束 圆锥镜 光束整形 衍射传输 误差分析
1 重庆理工大学 机械检测技术与装备教育部工程研究中心，重庆400054
2 中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400039
3 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室，重庆400054
针对高精度位移传感器难以加工的难题，提出一种基于离散绕组的磁场式时栅位移传感器。通过设计离散激励绕组排布方式与感应绕组的形状控制感应位移信号的变化规律，通过组合测量方式实现精密位移测量。通过理论建模、仿真分析与实验验证揭示了激励信号误差和安装偏差对传感器测量精度的影响规律。实验结果表明：两路激励信号的幅值不等和安装偏差都会在对极内测量精度中直接引入直流分量误差和2次谐波误差，其中2次谐波误差是误差的主要成分。安装偏差越大，2次谐波误差越大，动尺沿Z轴偏摆姿态对测量精度的影响最大，沿Y轴翻转姿态引入的误差次之，沿X轴俯仰姿态引入的误差最小。误差修正后传感器在144 mm的测量范围内，测量误差峰峰值为4.5 μm，分辨力为0.15 μm。通过毫米级尺寸的激励和感应绕组实现微米级精度测量，可显著降低传感器的制造难度，具有重要的工程应用价值。
直线位移 离散绕组 组合测量 时栅传感器 误差分析 linear displacement discrete windings combined measurement time-gating sensors error analysis 光学 精密工程
2023, 31(19): 2836
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
二向色镜及偏振分光棱镜作为常用的光学器件，近年来在大气探测偏振激光雷达中得到了广泛使用。但两种光学元件性能上的非理想特性与安装时存在的偏振误差夹角等问题在一定程度上会对大气探测后向散射光的退偏比造成影响。针对偏振激光雷达标定中通常只考虑偏振分光棱镜影响的问题，通过仿真模拟分别分析了二向色镜、偏振分光棱镜以及二者级联下对大气中气溶胶的退偏比影响，并给出了误差分析。以532 nm和1064 nm两种波长下的沙尘粒子与卷云的后向散射光作为输入进行模拟计算，结果显示，常用的长波通二向色镜对模拟输入光源在1064 nm透射通道下有7.111%的退偏比变化，在532 nm反射通道下有3.012%的退偏比变化。对偏振分光棱镜而言，输入为532 nm及1064 nm处探测的沙尘粒子退偏比会分别产生21.333%和27.3%的相对误差变化，532 nm处探测的卷云退偏比会产生14.2%的相对误差变化。两种光学元件在存在偏振误差夹角时均会带来额外的退偏比误差增量，在两种光学元件级联条件下，对模拟光源的退偏比也表现出累加性的误差增大。
偏振激光雷达 二向色镜 气溶胶退偏比 误差分析 光学学报
2023, 43(24): 2428002
强激光与粒子束
2023, 35(9): 091002
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院, 江苏 苏州 215009
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
3 苏州慧利仪器有限责任公司 江苏 苏州 215123
为了实现双面抛光晶圆总厚度变化(TTV)和变形程度中弯曲度(Bow)和翘曲度(Warp)的测量，提出了一种干涉测量方法。采用两个带有标准镜的菲索式相移干涉仪对晶圆正反面同时进行测量，将测量所得晶圆正反面形貌与未放置晶圆时两个干涉仪的空腔形貌进行组合运算，可得到不受标准镜误差影响的双面抛光晶圆的表面相关参数。在组合运算中，由于两个标准镜未精确对准会产生映射误差，影响相关参数的测量结果。针对这一问题，在晶圆测量之前，将三点定位装置固定在两个标准镜之间，基于三点定圆定理不断调整两个标准镜的位置，可使映射误差极小，进而减小映射误差对测量结果的影响。实验结果表明，50 mm晶圆横向和纵向的映射误差分别为21.592 μm和37.480 μm，TTV、弯曲度和翘曲度分别为0.198 μm、−0.326 μm和1.423 μm。为了进一步验证调整方法的有效性，采用单个干涉仪对晶圆进行翻转测量，由测量结果可知晶圆的TTV、弯曲度和翘曲度分别为0.208 μm、−0.326 μm和1.415 μm。所提干涉法在调整好两个标准镜的位置后，可以方便快速的用于大批量大尺寸晶圆的测量，提高了晶圆的检测效率，同时具有较高的测量精度。
干涉测量 双面抛光晶圆 误差分析 总厚度变化 翘曲度 弯曲度 interferometry double-sided polished wafer error analysis TTV bow warp
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 空军装备部驻长春地区军事代表室, 吉林 长春 130033
在大倾角航空相机对地面目标定位过程中，借助数字高程模型（DEM）可有效解决地球椭球模型定位存在的大地高误差影响。为获取地面坐标的准确信息特别是高程信息，首先，根据载机的位置姿态信息以及航空相机的框架角等信息利用齐次坐标变换求解出成像系统视轴在地理坐标系下的指向，再利用数字高程模型确定目标点的坐标。针对成像过程中目标点高程计算繁琐、容易不迭代等问题，提出了一种对目标高程值进行快速迭代的方法。通过对目标区域高程进行折半查找处理，计算该处视轴光线高程与地面高程差值。继续计算该高程差中值并继续迭代，直到小于一定阈值。最后使用蒙特卡洛分析法对整个成像过程存在的误差项进行分析。实验结果表明：采用快速迭代法进行计算，当收敛阈值为十分之一DEM网格精度时，迭代效率提升45.5%，收敛速度大大提高；且通过数字高程模型计算，在飞行高度为15409 m，相机框架角大于74°时，对于山地区域目标的圆概率误差小于200 m，可以满足实际工程需要。
航空相机 对地目标定位 数字高程模型 快速迭代法 误差分析 aerial camera ground target localization digital elevation model fast iteration method the error analysis
1 中国科学院云南天文台，昆明 650216
2 中国科学院大学，北京 100049
为了精确测量非消色差波片的延迟量与快轴方位角，基于拟合光强法与光谱分析法建立了一套高精度测量系统，实现了特定波长下非消色差波片延迟量在的高精度测量。对波片延迟量的测量方法及误差来源进行了详细的模拟分析。在拟合光强法下，重点仿真了光源光强抖动变化、检偏器初始安装精度、旋转波片定位精度等随机误差与各项系统误差对测量精度的影响，详细分析了拟合光强法不能精确测量波片延迟量为的原因。在光谱分析法下模拟了光源光强抖动变化、光谱的单色精度、检偏器定位精度引入的测量误差。在测量系统的建立中对上述两种测量方法影响较大的误差均进行了抑制，并对探测器的光电响应非线性效应进行了矫正。最后利用该测量系统对标称的波片、波片、波片进行了相关实测并利用非线性最小二乘法对测量数据进行处理，获得了参考波长在632.8 nm的各波片的相位延迟量与快轴方位角。由该测量系统的实测结果可知：本文采用的拟合光强法测量波片、波片延迟量的测量误差小于，测量精度比传统光强测量法高一个数量级以上。对于非消色差波片，在该测量系统下切换终端光强接受设备并采用光谱分析法对其进行测量，测得其延迟量误差小于，远小于拟合光强法的测量误差，克服了光强法无法精确测量波片延迟量为的缺陷。实测结果与模拟仿真相符。
测量 高精度 波片 相位延迟 方位角 误差分析 最小二乘法 Measurement High precision Waveplate Phase retardance Fast-axis position angel Error analysis Least squares fitting
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
报道一个改进的基于双干涉仪串联的手持式全场光学相干层析成像（FFOCT）系统。该系统中迈克耳孙干涉仪作补偿干涉仪，菲佐干涉仪作探测干涉仪，并在原有的系统基础上增设了一个平面反射镜以改变系统光路，便于样品的水平放置。分析了反射镜与其他系统主要元件的角度偏移对系统成像质量和系统补偿距离的影响。所获得的结果对手持式FFOCT系统的设计具有重要的指导意义。
全场光学相干层析术 成像系统 角度偏差 误差分析 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1217002
