西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
针对离轴抛物面镜离子束修形过程中存在的热效应累积和迭代加工效率问题,提出了将总去除量按一定比例划分的分批次加工与变束径加工相结合的方法,并采用该方法进行工艺实验探索。对口径为110 mm、曲率半径为1732.7 mm、初始面形峰谷值(PV)为0.525λ(λ=632.8 nm),均方根(RMS)值为0.025λ的球面镜进行分批次变束径离子束抛光实验,最终加工得到顶点曲率半径为1728 mm、离轴量为85 mm、PV为0.36λ、RMS值0.029λ的离轴抛物面镜。对实验过程及结果进行分析,证明分批次加工方法有效消除了离子束加工过程中的热效应,通过变束径局部精修加工的方法可以减少迭代加工次数,提升加工效率。
光学设计 离子束抛光 离轴抛物面镜 热效应 变束径
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
扩束是超高峰值功率激光装置中必不可少的一环,由离轴抛物面镜组成的反射式扩束系统可解决传统透射式扩束带来的色散、色差及激光脉冲前沿畸变等问题。利用光线追迹法和惠更斯-菲涅耳原理对反射式扩束和聚焦过程进行分析,计算了在反射式扩束系统参数不同时,离轴抛物面镜失调对激光脉冲远场时空特性的影响,给出了激光脉冲斯特列尔比和峰值强度的误差允许范围。
物理光学 几何光学设计 激光扩束 离轴抛物面镜 光线追迹 矢量衍射 超快激光脉冲 时空特性 光学学报
2021, 41(21): 2126003
闽江学院物理与电子信息工程学院，福建 福州 350108
基于严格的全矢量衍射理论，系统详尽地分析了装校失调对大口径离轴抛物面镜（OAP）光束聚焦特性的影响。研究结果表明，OAP的三维平动及绕轴偏离旋转后衍射焦斑形态没有发生改变，只是焦斑中心位置发生了偏移，利用瑞利判据获得了OAP的三维平动及绕轴偏离旋转公差的量化关系；当OAP发生绕或轴偏离旋转时会引起像散、彗差的出现致使衍射焦斑形态发生变化，产生严重畸变，大幅降低焦斑的峰值光强。并详细探讨了衍射焦斑峰值光强下降10%时容许的最大旋转偏离角与OAP离轴参量、光束参量的变化关系。因此，理解装校失调对光束聚焦特性的影响机制及变化关系，可以为OAP的精密调整提供可靠的理论依据。
激光光学 光束聚焦 全矢量衍射 离轴抛物面镜 失调 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1114006
Author Affiliations
Abstract
Department of Physics & Electronic Information Engineering, Minjiang University, Fuzhou 350108, China
We demonstrate a configuration optimization process of an off-axis parabolic mirror to maximize the focused peak intensity based on a precise knowledge of the tight focusing properties by using a full vector-diffraction theory and obtain an optimum configuration scaling rule, which makes it possible to achieve the maximum peak intensity. In addition, we also carry out an assessment analysis of the offset and off-axis angle tolerances corresponding to a 5% drop of the maximum focused peak intensity and present scaling laws for the tolerances of the offset and off-axis angle. Understanding these scaling laws is important to enhance the focusability of a laser beam by an off-axis parabolic mirror in the optimum configuration, in particular, which is valuable for structural design and selection of an off-axis parabolic mirror in ultrashort and ultraintense laser–matter interaction experiments.
off-axis parabolic mirror laser focusing vector-diffraction theory configuration optimization Chinese Optics Letters
2021, 19(3): 032601
1 贵州大学 a.物理学院
2 b.贵州省光电子技术与应用重点实验室, 贵阳 550025
3 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室, 深圳 518055
本文提出利用离轴抛物镜共焦中继系统来改善双光子成像视场边缘像质变差的问题, 进而提升双光子成像视场。不同于传统的双胶合透镜扫描中继系统, 离轴抛物镜共焦扫描中继系统由一对离轴抛物镜构成, 扫描振镜位于抛物面镜焦点处。仿真和试验结果均显示, 该系统能有效优化视场边缘的像散、场曲和畸变情况, 提高成像质量。利用该扫描系统, 我们实现了视场为2.4 mm×2.4 mm, 横向分辨率为1 μm的大视场双光子显微成像, 能清晰分辨小鼠大脑切片中的神经轴突结构。
离轴抛物面反射镜 双光子成像 共焦扫描中继 像差 大视场 off-axis parabolic mirror two-photon microscopy afocal scanning relay aberration large field-of-view
齐齐哈尔大学应用技术学院, 黑龙江 齐齐哈尔 161000
为了解决大口径大偏离量非球面高精度检测问题, 提出子孔径拼接与补偿器混合补偿检测模型。在被检测非球面镜面形精度未达到干涉仪测量动态范围要求, 同时轮廓测量精度不能满足后续加工要求时, 该模型可以实现对被检测镜的高分辨率检测, 为后续加工提供指导。为了验证模型的可行性, 结合工程实例, 对口径为1450 mm的离轴抛物面镜进行了混合补偿检测, 为了评价混合补偿检测精度, 将混合补偿检测结果与子孔径检测结果进行了对比分析, 其残差的峰谷值与均方根值分别为0.030λ与0.003λ, 验证了该模型的精度与可行性。
光学设计 干涉测量 孔径拼接 补偿器 离轴抛物面 激光与光电子学进展
2016, 53(12): 121203
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
为了提高太赫兹成像速度, 设计了一种像面扫描太赫兹快速成像系统。它为反射式单像素探测器成像, 成像系统采用新设计的表面镀金的离轴抛物面镜结构以实现大口径、无遮拦、高反射率、高质量成像; 反射成像系统光学设计F数为2.93, 通光孔径为100 mm, 视场为±1°, 焦距为293.45 mm, 成像窗尺寸为64 mm×64 mm, 圆孔直径为2 mm, 扫描采集16×16像素图像时间为0.1 min, 32×32像素图像时间为0.42 min, 64×64像素图像时间为1.7 min, 空间分辨率为1 cm。扫描系统结合压缩传感成像理论采用新型像面扫描方法实现快速成像, 在系统焦平面位置加入旋转多孔盘, 对像面的图像进行太赫兹能量强度扫描, 使用金属光锥收集能量到高莱探测器。利用压缩传感理论的特殊条件(采样数目与图像像素数相等)进行像面图像采集, 然后利用正则归一化方程重构像面图像, 该系统具有成像速度快、分辨率高、低成本、结构紧凑合理的优点。
太赫兹 离轴抛物面镜 像面扫描 光学设计 THz off axis parabolic mirror image surface scanning optical design 红外与激光工程
2016, 45(7): 0703003
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 试验物理与计算数学国家级重点实验室，北京 100076
：基于离轴抛物面镜的准直光学系统因其无色差、材料易得、工作谱段宽、无中心遮挡等优点被广泛应用于传感系统校准、辐射测量、红外目标模拟器等系统中。为了分析设计的准直系统是否满足实际需求，对准直系统输出的辐照度特性进行了理论分析及仿真研究。基于辐照度传输模型给出了准直系统输出面辐照度分布表达式，并给出了准直光束发散角与抛物面焦距、光源口径及离轴角之间等的定量关系。采用光线追迹方法仿真分析了准直系统在不同光源口径情况下的输出面辐照度分布情况，并对输出辐照度均匀性进行了定量分析。文中所提出的分析方法对提高离轴抛物面镜的准直性和输出辐照度均匀性有重要的意义。
辐照度分析 准直光学系统 离轴抛物面镜 辐照度传输模型 光线追迹 irradiance analysis collimator off-axis parabolic mirror radiation transfer model ray tracing
1 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
针对一种高精度线偏振辐射计的离轴抛物镜定心装调问题, 提出了基于椭圆检测的定心装调方法。逆光路使视场光阑在相机焦面成像为光斑, 采集视频图像, 使用基于最小二乘拟合法的椭圆检测方法得到光斑中心运动轨迹, 从而得到离轴抛物镜的光轴倾斜误差。编写装调专用辅助软件用于相机控制和图像的处理、显示, 实现定心装调的定量化可视化。技师通过观察软件界面中的光斑中心轨迹的变化, 判断装调的方向和力度。经验证, 该方法使定心装调误差检测精度不再受限于人眼观察, 有效地指导了技师装调, 最终装调误差由1.33°降到0.3°, 满足装调需求。
定心装调 离轴抛物镜 椭圆检测 最小二乘拟合法 assemble off-axis parabolic mirror ellipse detecting least square method
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 中国科学院研究生院, 北京 100049
中阶梯光栅光谱仪是一种高分辨率、 高精度新型光谱仪器, 其分辨率可达到几万至几十万, 结构参数的微小偏差严重影响着其分辨率和波长标定精度, 所以精确的装调方法是保证中阶梯光栅光谱仪性能指标的重要环节之一。 针对中阶梯光栅光谱仪的结构特点, 对中阶梯光栅光谱仪精确装调方法进行了研究。 该方法简便、 快捷, 适用于小体积、 封闭式结构设计的中阶梯光栅光谱仪。 通过该方法的装调, 使中阶梯光栅光谱仪工作状态与设计结果一致。 给出了最终波长标定结果, 其波长标定误差小于0.002 nm, 满足系统性能要求。
中阶梯光栅光谱仪 中阶梯光栅 离轴抛物镜 波长标定 Echelle spectrograph Echelle grating Off-axis parabolic mirror Wavelength calibration 光谱学与光谱分析
2012, 32(8): 2280
