1 空军航空维修技术学院航空电子系，湖南 长沙 410200
2 湖南省飞机维修工程技术研究中心系统维修研究室，湖南 长沙 410200
针对半导体光刻领域的超高精度热控需求，提出一种基于模型预测的热控方法。生成透镜系统的阶跃和伪随机热扰动输入信号。采用高精度测温系统测量透镜系统的温度响应数据，运用模型辨识方法获得透镜系统的热响应模型。通过滚动优化策略推导模型预测热控制律，并建立精密透镜系统的热控实验平台。热控实验结果表明，该热控方法具有收敛速度快、抗干扰能力强、精度高的优点，温控误差可控制在±8 mK内。热相差测试结果表明，该控制方法可抑制透镜系统的焦面漂移，适合应用在对温控精度要求较高的装备领域。
光学设计 模型辨识 模型预测控制 精密透镜系统 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1722006
运城学院物理与电子工程系, 山西 运城 044000
采用数值方法, 对平顶高斯光束在自由空间、单透镜系统和复杂光学系统中的传输特性进行了研究。结果表明: 平顶高斯光束在自由空间中传输时, 首先会产生凹陷, 形成两侧峰结构, 随后两侧峰会逐渐融合为单峰的类高斯结构, 并在相当长的距离内保持类高斯分布传输; 在单透镜系统中, 由于透镜的聚焦作用, 平顶高斯光束会在焦点处表现出强聚焦效应, 而随着传输距离的继续加大, 光束会再次恢复平顶分布; 在光阑和透镜组成的复杂光学系统中, 由于光阑的限制, 平顶分布遭到破坏, 在透镜焦点之后无法再恢复平顶分布, 说明在平顶光束光路中应当尽量避免光阑元件的干扰。
波动光学 平顶光束 平顶高斯光束 透镜系统 复杂光学系统 wave optics flat-top beams flattened Gaussian beams lens system complex optical system
红外与激光工程
2020, 49(10): 20200017
中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原030051
传统的成像系统由于需要凸透镜等镜头元件,成像系统的厚度和成本较大。为了使成像系统变得更加紧凑、成本低,无透镜成像系统迅速发展,例如无透镜显微镜。利用偏振片采集偏振信息,并利用双面透明胶带替代凸透镜,结合计算成像技术,构建了一个无透镜偏振计算成像系统。系统地介绍了该系统,并通过实验证明该系统可以实现拍照功能,采集到的偏振图像符合马吕斯偏振定律。基于散射元件的无透镜偏振成像系统可以有效地减小相机的厚度和成本,并且可用于偏振图像的采集场合。
成像系统 无透镜系统 计算成像 偏振 激光与光电子学进展
2020, 57(6): 061104
采取将变倍组、补偿组、后固定组分开进行联动的方式对传统光学补偿连续变焦中波红外光学系统进行改进,获得了超长焦距、超大视场、大变倍比、小型化的光学系统。推导了其数学模型,基于该模型采用640×512制冷型中波探测器,设计了焦距为11.56~982.6 mm、变倍比为85×的连续变焦光学系统,该光学系统的应用波段为3.6~4.9 μm,F数为5.5,冷屏效率为100%。设计结果显示,该光学系统的外形尺寸为333.5 mm×125 mm(局部直径为177.5 mm)×80 mm(局部直径为180 mm),结构紧凑,变焦过程中变倍补偿曲线平滑、像面稳定。从点列图、光学传递函数、畸变等方面对该光学系统的像质进行评价,结果表明,其像质优良,分辨率高,可满足热像仪整机使用要求。
几何光学 透镜系统设计 连续变焦 三组联动 中波红外光学系统 激光与光电子学进展
2019, 56(19): 190801
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室， 上海 201800
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所， 上海 201800
为适应高功率激光系统的紧凑空间需求，将基于二阶鬼像的远近光场耦合方案应用于高功率激光准直技术中，设计并搭建出灵敏的小型准直光学系统。提出完备的测试方案，验证了该方案的可行性，获得近场测量灵敏度为7.04 μm/pixel，远场测量灵敏度为18.14 (″)/pixel，并得到远场变化对近场的影响关系，用以优化光束校准。相比于传统远、近场分离的准直系统，该方案在满足成像质量和分辨率要求的同时，大幅缩减了光路和器件数量，远、近光场相互影响和校准的反馈处理更便捷。
激光光学 光场耦合 透镜系统设计 高功率激光 精密准直 鬼反射成像
华侨大学 信息科学与工程学院 福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
首次使用了离散傅里叶方法数值分析局域空心光束。用离散傅里叶方法描述单色平面波产生局域空心光束(bottle beam)的光强分布, 引入色散公式使得一定频谱宽度的LED光源同样适用。讨论抽样要求并对变量进行离散化, 导出LED产生bottle beam的离散化傅里叶公式。最后代入相关参数并用MATLAB进行数值模拟, 得到了在不同距离处光束的强度分布。设计实验进行验证, 实验结果表明: 使用LED也能够产生高质量的bottle beam。数值模拟与实验结果基本吻合, 证明了采用傅里叶方法可以精确地分析非相干光源产生bottle beam, 并且相较于传统的标量衍射理论, 它更加简洁、快速, 是研究bottle beam的一种全新又可靠的方法。
局域空心光束 LED 光源 轴棱锥-透镜系统 傅里叶方法 bottle beam LED source axicon-lens system Fourier method 红外与激光工程
2017, 46(6): 0620006
军械工程学院 车辆与电气工程系,石家庄 050003
针对半导体激光器与光纤耦合效率低的问题,结合半导体激光器出射光束的特性,运用几何光学的方法对非球面透镜、柱面镜进行了理论设计,使用ZEMAX软件对透镜系统进行了仿真验证,为下一步制作透镜模块实物与实验验证工作提供了支持。
半导体激光器 透镜系统 几何光学 semiconductor laser lens system ZEMAX ZEMAX geometric optics
华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
使用离散傅里叶方法分析环缝透镜系统产生无衍射(贝塞尔)光束。将基尔霍夫衍射积分公式与菲涅耳衍射积分公式转换成傅里叶变换的形式，在环缝透镜系统中用傅里叶方法描述观察面的光强分布，对衍射面进行数据抽样，导出观察面光强分布的离散化傅里叶公式；通过设置相关参数并使用MATLAB 软件进行数值模拟，得到不同位置下的贝塞尔光强分布。设计环缝透镜系统进行实验验证，数值模拟和实验结果匹配度较高，表明离散傅里叶方法应用于环缝透镜系统是可行的。
傅里叶光学 无衍射光束 离散傅里叶变换 环缝透镜系统
为研究平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统的传输特性, 基于光学矩阵的方法和Collins公式导出了平顶高斯光束通过该复杂光学系统后的场分布的解析表达式和近轴光强分布值, 进而分析了平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统后的传输特性。研究结果表明, 平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统后, 实际焦点位置和几何焦点位置并不重合, 即发生焦移现象。焦移量的大小与高斯光阑宽度及光阑与透镜间的距离等因素有关, 即在一定条件下, 光阑宽度增大, 相对焦移量变小, 光阑与透镜之间的距离与焦距的比越小, 相对焦移量就越小。
平顶高斯光束 光阑透镜系统 焦移 flattened Gaussian beams aperture-lens system focal shift
