红外与激光工程
2022, 51(9): 20220602
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210617
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
发射透镜直接准直半导体激光光源方案能够使线扫描激光雷达结构更紧凑、成本更低, 但是由于高功率半导体激光光源发热严重会导致光学元件热变形, 从而导致探测器接收到的光功率急剧降低而不可探测。提出了一种30m探测距离的线扫描激光雷达光路的光机热集成优化设计方法。以预设工作温度40℃至80℃的中间温度60℃为初始条件, 基于Zemax软件优化设计了发射透镜与接收透镜的光路系统, 使工作温度为60℃时的光路系统光学性能最佳; 使用有限元方法分析该光路与相应的机械结构随温度变化时光学元件热形变的情况, 通过添加SiO2气凝胶作为隔热材料进行光路系统的机械结构优化。优化结果表明, 采用光机热集成优化设计方法后, 优化后的光路与机械结构在工作温度40℃至80℃范围内探测器接收到的光功率始终在10-4w量级, 相比仅仅使用Zemax软件优化设计发射透镜与接收透镜方法（探测器接收到的光功率10-6~10-4w）有了显著的提升。
应用光学 激光雷达 光学设计 热分析 Zernike拟合 applied optics laser radar optical design thermal design Zernike fitting
北京理工大学 光电学院 光学测量研究中心, 北京100081
针对干涉测量中采集到的波面数据是大量离散采样点不易寻找单位圆用于波面拟合的问题, 提出了一种凸壳理论圆域拟合的方法。方法对采集的波面数据寻找最小覆盖圆, 经归一化后以圆Zernike为基底进行波面拟合。利用Matlab仿真分析算法的性能, 对实测数据经过处理后与ZYGO测试数据进行对比分析得到面型PV值的绝对误差为0.0047λ, RMS值的绝对误差为0.0002λ。实验表明算法可对采集的大量离散波面数据进行高效准确的Zernike波面拟合, 为进一步光学元件面型像差的分析提供可靠依据。
光学测量 Zernike拟合 凸壳理论 最小覆盖圆 optical measurement Zernike fitting convex shell theory smallest enclosing disk random incremental method
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
为了提高波前探测过程中的波前采样频率, 提出了一种基于二元互补模式的波前重构方法.该方法利用二元互补调制模式下获得的远场焦点光强信息对光场实部进行重构, 进而通过光束的光强分布对光场虚部进行重构.该方法避免了额外调制模式的使用, 将波前重构过程中所使用的调制模式的数量缩减为原有方法的2/3, 提升了波前采样频率.通过数值仿真对光强分布不均匀的待测光束的波前进行了重构, 并利用实验对倾斜像差进行了测量重构, 验证了该方法的可行性.
自适应光学 波前探测 振幅调制 波前像差 大气湍流 Zernike拟合 Adaptive optics Wavefront sensing Amplitude modulation Wavefront aberration Atmospheric turbulence Zernike fitting 光子学报
2018, 47(10): 1011002
1 南京理工大学 电光学院, 江苏 南京 210094
2 中国科学院 南京天文仪器有限公司, 江苏 南京 210042
在影响矩阵法瑞奇-康芒检验中, 恢复被测面形的关键在于构建被检平面面形误差与系统波像差之间的Zernike系数影响矩阵。为了提高瑞奇-康芒法的检测精度, 研究了采用单位激励法来精确计算影响矩阵的方法。分别重构平面镜仅包含某一种Zernike波像差下的系统波像差分布, 经Zernike拟合得到该种Zernike像差的影响系数向量; 由各Zernike像差的影响系数向量组成影响矩阵, 然后用最小二乘拟合出被检平面面形。对口径为90 mm的平面镜进行实际检验, 在瑞奇角为26.5°与40.6°的情况下进行波前恢复, 得到被检平面镜PV值为0.141 3λ, RMS为0.019 4λ。与直接采用平面参考镜检测相比, 瑞奇-康芒法检测误差PV值为0.082 8λ, RMS为0.010 9λ。该方法能够精确生成影响矩阵, 抑制了影响矩阵法中对大F数的依赖, 可用于精确恢复平面镜面形。
光学检测 单位激励法 数值计算 瑞奇-康芒法 Zernike拟合 optical inspection unit-excitation method numerical calculation Ritchey-Common method Zernike fitting
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春130022
为了避免环境温度变化影响红外双波段目标模拟器的投影图像质量,对其变焦投影镜头进行了光机热分析。建立了变焦投影镜头的有限元分析模型,通过对非定常的热应力问题进行准静态处理,完成了有限元模型的热分析和静力学分析,并求解出整机随温度变化的位移云图。通过有限元数据转换算法将离散节点的坐标数据转化为矢高变形数据,利用Householder算法完成了基于Zernike多项式的镜面热变形拟合,并将拟合系数导入光学设计软件,得到了不同温度下变焦投影镜头的热分析结果。结果表明,当温度在10~30 ℃区间时,投影图像质量对整机的热变形不敏感。
光学设计 热光学特性 有限元 Zernike拟合 变焦镜头
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
建立了光机一体化仿真方法，从而实现对光学系统的性能评估。利用Ansys有限元软件进行热-结构仿真，将得到的数据文件进行刚体位移分离时采用新的评价函数，通过设置位移参量和随机值验证计算精度达到0.3%。运用Householder算法做Zernike拟合，将拟合系数作为与ZEMAX进行通信的数据接口，并采用动态数据交换技术实现Matlab与Zemax的数据交换。在此基础上给出一个角度检测物镜仿真的实例，得到了光学畸变随温度变化的曲线，说明为达到1″的测量精度，需保证工作温度范围为14~26 ℃。
光学设计 热变形 刚体位移 Zernike拟合 动态数据交换 光学畸变
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
提出利用镀膜合束的方法对三路光束进行合束用于高功率红外激光合束系统设计。考虑系统中关键元件使用的红外材料ZnSe易受热效应影响, 采用光机热耦合分析方法, 研究了在温度边界条件固定时, 各波段激光所产生的耦合热效应对各路激光波前畸变的影响, 同时定性分析了系统中存在的激光偏置热效应。研究结果显示, 系统中各波段的激光波前畸变均方根值(RMS)均满足设计要求(各波段波前畸变小于λ/8); 激光偏置造成的波面高频成分增大了长波激光波前畸变量, 但高频成分对系统波前畸变影响依然满足要求; 轴向温差可在35 s达到平衡, 对光束波前造成主要影响的是各块镜片的面型畸变。根据分析结果搭建了实验平台, 利用系统中短波400 W激光进行实验, 采集了该条件下的面型并与仿真结果进行了对比, 实验结果验证了该分析方法计算结果的准确性。
激光干扰 合束系统 激光热效应 光束偏置 Zernike拟合 laser jamming beam combination system laser thermal effect beam biased Zernike fitting 光学 精密工程
2015, 23(11): 3097
1 空军工程大学 理学院, 陕西 西安 710051
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
利用标量衍射的角谱理论,研究了基于两幅光强分布的相位恢复算法,并将此算法应用到光波的波前及光学元件面形的检测中.实验研究了球面光波波前的相位恢复及面形检测,给出了恢复波前与理想波前之间的偏差,采用求Zernike系数的广义逆矩阵的方法,用程序实现了光学元件面形的Zernike拟合.
角谱理论 相位恢复 面形 Zernike拟合 angular spectrum theory phase recovery surfaces Zernike fitting
