光子学报
2022, 51(11): 1106005
上海交通大学 电子信息与电气工程学院自动化系系统控制与信息处理教育部重点实验室, 上海 200240
本文研究了一种适用于临床前研究的小型化(<0.4 mm)、低成本纤维束内窥镜装置。该装置包含有一个渐变折射率(GRIN)透镜, 它安装在光纤图像引导器的近端。提出了一种简化、低成本的装置连接方案, 并讨论了可应用的连接方案。装置中使用的纤维束表面包覆有聚酰亚胺, 其在长期和短期植入时都具有生物相容性。最终制备的装置能够承受化学清洗、消毒和高压灭菌, 满足普通实验室和临床程序的需求, 并且对整体性能有较小的影响。为了验证纤维束的成像质量, 本文使用标准测试靶标和荧光微球进行评估。结果表明, 光纤与自发荧光之间的串扰对成像质量的影响很小, 该纤维束无需复杂光路和激光扫描即可实现荧光样品分子级的分辨率。
光学诊断成像 光纤光学 内窥镜检查 渐变折射率透镜 optical diagnostic imaging fiber optics endoscopy gradient-index lens
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 100049
传统的两镜折反式光学系统通常采用两片或多片均匀材料的球面校正镜校正同轴两反系统的剩余像差，为了减少校正镜组镜片数量甚至要引入带有非球面的透镜。采用的单片轴向梯度折射率校正镜即可以校正同轴两反系统的剩余像差，又可以减少校正镜片数。总结了轴向梯度折射率透镜和带有无光焦度校正元件光学系统的初级像差理论，研究了轴向梯度折射率透镜作为两镜折反式光学系统校正镜的设计方法。并且给出了采用单片轴向梯度折射率透镜作为校正镜，焦距为3000 mm，相对孔径为1/8，视场角为1°的两镜折反式光学系统设计。设计结果表明，系统最大视场波前RMS 值小于0.07 l，系统弥散圆半径接近艾里斑半径，在50 lp/mm 时的传递函数高于0.35，系统的最大畸变小于0.5，最大场曲小于0.2，系统像质接近衍射极限。
光学设计 两镜折反式光学系统 轴向梯度折射率透镜 校正镜 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 022202
山东理工大学电气与电子工程学院, 山东 淄博 255049
光纤探头将发射光纤、接收光纤及自聚焦(GRIN)透镜集成为一体,可替代传统动态光散射装置的光路系统,能有效提高空间相干性,但目前尚缺乏光纤探头结构参数的最优设计方法.依据动态光散射光路系统空间相干性的要求,分析了光纤探头的结构参数,给出了优化设计的方法,确定了光纤探头两透镜间距和夹角的最佳取值范围.实验结果表明：光纤探头两透镜夹角为19°,间距为1.5 mm 时,可满足光路系统空间相干性的要求,接收信号的信噪比最高,相关函数的截距达到0.83,使用最优拟合累积分析法反演的颗粒平均直径相对误差小于2%.
光学设计 散射 光纤探头 空间相干性 散射角 单模光纤 自聚焦透镜
1 北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学惯性技术国防科技重点实验室, 北京 100191
提出了一种新型的、基于单个径向渐变折射率(GRIN)透镜的1×N光纤耦合方法，并基于水平入射以及垂直斜面入射光线的传播方程建立了用于求解点光源发出的光束在GRIN透镜斜面入射后的成像点的计算方法。通过将透镜前端面加工成多斜面棱镜，将输入光分为多束，光束聚焦位置可以通过系统参数来调整；被分割开的光束经会聚、优化像差后，实现1×N低损耗耦合，并进行了仿真研究；通过优化斜面倾角、物距等关键参数实现了光纤低损耗耦合。该设计方案结构简单，易于装配，为各类光子晶体光纤、多芯光纤、光纤组束和光纤合光提供了实用的耦合方法。
光纤光学 光纤耦合 径向渐变折射率透镜 多芯光纤
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息工程系，天津 300072
为了准直并整形具有像散的激光二极管光束，采用高斯光束q参量变换规律，推导了利用柱面自聚焦透镜整形激光二极管光束应满足的条件，并在此基础上，通过软件模拟优化，得到了一套效果良好的光束整形准直系统。经过准直整形后光束快慢轴方向发散角基本相等，均小于0.7mrad，束腰位置差异小于2.8mm。结果表明，系统中柱面自聚焦透镜的应用起到了较好的效果，准直整形后的光束具有发散角较小且旋转对称等特点。
激光器 准直整形 柱面系统 自聚焦透镜 lasers collimation and shaping cylindrical system gradient-index lens
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
3 五邑大学薄膜与纳米材料研究所， 广东 江门 529020
为了提高光纤和光器件之间的耦合效率，设计了由热扩芯光纤和自聚焦透镜构成的新型热扩芯光纤准直器。理论上分析了热扩芯光纤准直器的基本结构参数与光学特性的关系以及由3种失配导致的耦合插入损耗。研究发现，热扩芯光纤准直器的耦合特性与自聚焦透镜的参数有关，热扩芯光纤准直器在轴向间距和角度偏差上的耦合失配容限明显优于普通光纤准直器，横向位移损耗则高于普通光纤准直器。采用模场半径为15.4 μm的热扩芯光纤与自聚焦常数为0.295 mm-1的自聚焦透镜制备了热扩芯光纤准直器，并对热扩芯光纤准直器因3种失配导致的耦合插入损耗进行了理论和实验比较，结果表明实验数据与理论吻合较好，说明所设计的热扩芯光纤准直器可用于长距离光耦合和旋转连接器件。
光纤光学 热扩芯光纤 自聚焦透镜 光纤准直器 耦合插入损耗 激光与光电子学进展
2012, 49(6): 060602
长春理工大学 现代光学测试实验室,长春 130022
针对管道测试的需求，将梯度折射率透镜的光学性能与显微镜相结合，设计了具有大景深的管道内窥镜光学系统.在保证所需放大倍率的同时，利用梯度折射率透镜介质折射率渐变的特点，使该系统的景深增大为原来的200倍.该系统像面近似球面的特点使其更适合圆形管道内壁的检测，当它与CCD等器件相结合，不仅实现管道内窥镜的数字化测试，而且能通过监视器在更大景深范围内、方便的监测管道内壁的裂痕、磨损等清晰的图像.
内窥镜 梯度折射率透镜 显微镜 大景深 Endoscope Gradient index lens(GRIN) Microscope Large depth of field
