1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 西安工业大学兵器科学与技术学院，陕西 西安 710021
基于非近轴光线追迹算法对光楔扫描系统的正向问题进行求解，得到不同速度比下的花瓣形扫描轨迹。根据光楔转速和取样间隔计算轨迹点数，根据轨迹点与坐标原点的距离曲线的极小值点个数计算花瓣数，进而建立由速度比计算花瓣数的关系式。通过轨迹点数和花瓣数评估不同速度比对应的扫描轨迹的扫描时间和覆盖率，总结扫描轨迹与速度比之间的规律，提出三光楔扫描系统获取规则、对称且不存在大片扫描盲区的扫描轨迹时速度比需要满足的条件。所得规律和结论可在光楔扫描系统的应用中合理确定速度比，从而选取满足扫描效率要求的扫描轨迹。
光学设计 光楔 非近轴光线追迹 花瓣形扫描轨迹 速度比
1 季华实验室, 广东 佛山 528000
2 佛山科学技术学院, 广东 佛山 528000
3 沈阳芯源微电子设备股份有限公司, 辽宁 沈阳 110168
为缩短12寸晶圆检测成像系统的轴向和径向尺寸，提出一种小角度棱镜折转光路与超短物像距镜头相结合的解决方法。设计优于1/12λ（λ=632.8 nm）面形精度的小角度棱镜折转光路，实现照明系统与成像镜头的水平布置，径向尺寸仅为80 mm，在保证不影响系统成像质量的前提下，极大地降低了整个系统的径向尺寸，同时也实现了12°的小角度明场照明。设计放大倍率为0.264的对称混合型光学系统，采用纯球面系统获得较大成像视场，像高为81.92 mm，物像距仅为392.5 mm，极大地降低了整个系统轴向尺寸。设计结果表明，整个成像系统全视场平均光学传递函数优于0.4@100l p/mm，相对畸变优于0.03%，像面照度均匀性全视场优于50%。实际测试结果表明：全视场实际成像分辨率优于18.88 μm，达到了系统极限分辨率；全视场像面照度均匀性为43.3%，满足均匀性优于40%的研制要求。研究结果表明本文提出的超薄超短物像距高分辨率检测成像系统合理、有效，解决了12寸晶圆检测成像系统空间尺寸压缩的难题，并降低了研制成本，为后续近距离大尺寸物体检测成像系统的研制提供参考依据。
棱镜 物像距 对称混合型光学系统 像面照度均匀性 prism object-image distance symmetric hybrid optical system image surface illumination uniformity
中国航空工业集团公司 洛阳电光设备研究所 光电控制技术重点实验室, 洛阳 471000
为了获得结构紧凑、光束质量高、光轴稳定性好的机载激光辐射器, 采用LD端面抽运构型与正交直角棱镜腔技术对该型激光器进行研究, 基于琼斯矩阵理论分析了特殊波片实现调Q关门的原理, 通过带曲率设计的直角棱镜腔镜,将腔型控制在大基模尺寸, 并实验对比了正交偏振关门与特殊波片关门两种方式。结果表明, 在正交偏振关门状态下, 20 Hz的工作重频时获得了单脉冲能量72.2 mJ、光束质量Mx2=8和My2=6的激光输出;基于K9玻璃的直角棱镜材料, 利用0.648λ波片进行调Q关门, 在20 Hz的工作重频下, 获得了单脉冲能量80 mJ、光束质量Mx2=5.7和My2=4.8的高光束质量输出, 其中激光器在x与y方向上的发散角分别为1.65 mrad和1.35 mrad。这一结果对高性能小型化激光器的研发是有帮助的。
激光器 光束质量 端面抽运 直角棱镜腔 电光调Q lasers beam quality end-pumped Porro prism cavity electro-optical Q-switched
1 盐城工学院 电气工程学院, 盐城 224051
2 盐城师范学院 物理与电子工程学院 江苏省智能光电器件与测控工程研究中心, 盐城 224007
3 江苏省大气探测激光雷达技术军民融合创新平台, 盐城 224007
传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂, 不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜, 研究了新型2维光学扫描系统; 分析了系统的工作原理, 推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简单正反向函数关系式, 对楔形棱镜的折射率和楔角进行了优化选取和设计。结果表明,当工作波长为532 nm、楔形棱镜材料折射率为2.03时, 最优设计楔角为19.5°; 出射光束最大天顶角不仅取决于楔形棱镜折射率和楔角, 还受光束压缩效应的制约。该系统结构紧凑、便于集成, 能实现出射光束大范围和快速高精度的扫描, 也能实现测风激光雷达以平面位置显示、距离高度显示等光束扫描模式工作。
光学设计 2维扫描系统 测风激光雷达 旋转双楔形棱镜 光束指向 正反解 optical design 2-D scanning system wind LiDAR rotational double wedge prism beam steering forward and inverse solutions
1 北京邮电大学 电子工程学院
2 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
微腔孤子光频梳在相干光通信、光学频率合成、激光雷达、微波光子学和量子光学等领域有着广阔的应用前景，高效棱镜耦合是晶体微腔孤子光频梳集成应用及系统封装的必然技术途径。文章研制开发了一种耦合效率和有载Q值分别达到71.56%和1.8×109的氟化镁微腔-棱镜耦合系统，并且基于该高效棱镜耦合系统实现了氟化镁微腔孤子光频梳和15.99 GHz低相噪微波信号产生，拍频信号相位噪声水平约为-117 dBc/Hz@10 kHz，极大推动了低相噪微型光电振荡器的实际应用发展。
高效棱镜耦合 孤子光频梳 氟化镁晶体微腔 品质因子 相位噪声 efficient prism coupling soliton optical frequency comb magnesium fluoride microresonator quality factor phase noise
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
3 电磁空间安全全国重点实验室，天津 300308
4 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
腔长微调节结构在光学谐振器里有重要应用。一种由双楔镜组成的腔长微调节结构被提出，该结构可实现不依赖于腔镜的腔长调节。双楔镜结构由斜面平行对立放置的两个直角楔镜构成，通过在垂直方向上驱动楔镜移动实现双楔镜内部光程改变，进而改变所处谐振腔内光路的光程。双楔镜结构对光程改变量的理论计算公式被建立，根据公式，光程改变量与楔镜楔角大小成正相关关系，与楔镜折射率成正相关关系，与楔镜振幅成线性关系。楔镜的楔角和折射率共同决定双楔镜结构的光程调节效率。经理论设计，楔角29°、折射率1.81的YAG双楔镜结构具有较高的调节效率和较小的光损耗，调节系数为0.53。实验上，以双角锥环形腔为基础，实现了双楔镜结构对腔长的调节，验证确定了双楔镜结构对腔长调节的可行性和有效性。讨论分析了双楔镜结构的变形结构：直角面对立双楔镜结构、基于正楔镜的双楔镜结构、多级双楔镜结构的光程调节性能。对比了双楔镜结构和其变形结构在光程调节效率、光损耗、光路调节难易程度的性能，确定了各种双楔镜结构在实际应用中的优缺点，为双楔镜结构的设计和选择提供了参考依据。
双楔镜 腔长调节 楔角 PZT double optical wedge cavity length adjustment wedge prism PZT 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230422
1 中国科学院空天信息创新研究院光学工程研究部，北京 100094
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
本文报道了一种基于传导冷却端面泵浦板条（CCEPS）结合正交Porro棱镜谐振腔，采用中心波长为805.8 nm（60 ℃时）、半峰全宽为6.8 nm的泵浦源，可实现在15~70 ℃宽温度区间工作的激光器。实验上获得了脉冲能量为49.82 mJ、脉冲宽度为8.11 ns、重复频率为20 Hz的脉冲激光输出，光斑直径为2.12 mm，发散角小于2 mrad，峰值功率达到6.14 MW，输出能量不稳定度在-1.5%~+1.5%以内。实验测得的激光器输出能量随温度的变化曲线与理论计算得到的板条对泵浦光的吸收效率随温度的变化趋势具有较好的一致性。将该模型进一步优化，设置宽光谱泵浦源的中心波长为806 nm（25 ℃时），激光器的温度不敏感区间较本实验测试温度区间拓宽了将近一倍。
激光器 正交Porro棱镜谐振腔 端面泵浦板条 宽温区 高可靠性 中国激光
2023, 50(19): 1901006
多波段激光合束技术在光电对抗领域的应用越来越受到重视，基于此提出了一种使用折射棱镜组的多波段激光合束方法，优选了牌号依次为H-ZLaF92、D-ZLaF85LS、H-ZBaF21的3种火石玻璃作为棱镜材料，通过对棱镜组的顶角值、入射角度以及位置关系的计算和仿真，设计了包含调整镜组、折射棱镜组、反射镜组和偏振滤光片的合束方案，同时利用将单一线性偏振激光束电矢量方向调整为平行于入射面的方法减小反射损耗。分析计算表明：在波长分别为550 nm、1060 nm、2000 nm情况下，入射角分别选择63.05°、61.35°、59.58°，3种材料的棱镜顶角值分别取51°、55°、60°；在光斑间距ΔX1、ΔX2分别为10 mm、20 mm的情况下，3种材料对应棱镜的远表面距离D、近表面距离d分别为289 mm、83.5 mm，366.4 mm、107.7 mm，381.6 mm、103.6 mm；在不进行光学镀膜的情况下，仅使用单一线性偏振光以布儒斯特角入射，也能够达到92.8%~97.6%的合束效率，与现有多波段合束技术相比，在成本方面有巨大的优势。
激光合束 多波段合束 折射棱镜 p偏振 合束效率 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714002
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了提高半导体激光器作为光纤激光器、固体激光器泵浦源的亮度，基于光束准直、空间光束合成、偏振光合成、光纤耦合等技术，提出了一种紧凑的光束整形系统来均衡半导体激光器快慢轴的光束质量，采用类似阶梯型棱镜和两个30°的直角棱镜填充快轴方向暗区，并用偏振合束器对慢轴光束宽度进行压缩的光束整形方案，设计出了一种紧凑的高亮度光纤耦合系统。该系统由8个mini-bar组成的半导体激光器叠阵耦合进芯径为100 μm、数值孔径为0.22的光纤中，其输出功率为272.4 W，光光转换效率为85.1%，亮度高达22.832 MW/（cm2·sr）。
光学设计与制造 泵浦亮度 光束准直 光纤耦合 阶梯型棱镜 偏振合束器 光束整形 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1522002
