1 中国兵器工业集团 山东非金属材料研究所，山东 济南 250001
2 山东大学 高效洁净制造教育部重点实验室 机械工程学院，山东 济南 250061
提出一种基于双罗兰圆光学结构的光谱仪光学系统及其设计方法。其中，200 nm～500 nm光路为常规的罗兰圆光学结构；500 nm～700 nm光路运用凹面光栅第零衍射级次光谱线，利用平面反光镜将谱线射入另一个凹面光栅，实现了双罗兰圆光学结构。根据设计要求及光学系统各个参数之间的相互约束，设计、计算出光学系统各个参数指标，基于Zemax仿真分析，调整光学参数并验证光学系统的可行性。针对平面信号探测器在罗兰圆周上存在像差问题，利用反光镜增添信号探测器的可摆放个数，使像差比初始结构减小4.475 μm，光谱仪整体光学结构尺寸小于400 mm × 500 mm。仿真结果表明：光谱仪所测的光谱波段范围可达200 nm～700 nm，全波段分辨率达0.4 nm。
罗兰圆 凹面光栅 光谱仪 Zemax Rowland circle concave grating spectrometer Zemax
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
罗兰C系统受原子钟以及经典无线电信号测量精度的影响,难以为用户提供高精度授时。提出了一种基于杂化微波-光纠缠的罗兰C系统授时方案,通过腔电光力转换器制备纠缠微波-光信号,并利用纠缠信号的二阶相干函数得到信号传播时间,根据授时时序关系修正用户本地钟时刻并完成授时。仿真分析了腔电光力转换器的参数对授时精度的影响。所提方案在理论上实现了对罗兰C系统授时精度的提高,在抗压制干扰、欺骗干扰等方面都具有一定优势。
量子光学 罗兰C授时系统 腔电光力系统 授时精度 杂化微波-光纠缠信号 光学学报
2021, 41(22): 2227001
空军工程大学信息与导航学院，陕西 西安 710077
罗兰C系统中台站相位码的识别和保密传输是判断台链及接收信号进行双曲线定位的前提。针对使用经典手段无法实现罗兰C系统高保密性传输的问题，提出了基于EPR态量子纠缠信号的相位码传输方案，并分析了该方案在纠缠攻击与分光镜攻击下的安全性，得到了信息传输效率与分光镜的透射系数、压缩度的关系，验证了该方案可以有效提高罗兰C系统中主副台间的台识别码传输的保密性。
量子光学 罗兰C 双模压缩态 台识别码 保密传输 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0927002
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 北京卫星环境工程研究所, 北京 100094
3 可靠性与环境工程技术国家重点实验室, 北京 100094
4 清华大学精密仪器系, 北京 100091
基于传统罗兰圆结构的凹面光栅成像光谱仪,尽管具有很好的轴上点成像特性,但是存在较大的光栅离轴像差,离轴性能显著降低,不适用于大离轴视场、宽波段的空间和光谱成像。因此,基于超环面变线距光栅工作在非罗兰圆结构下的像差校正理论,设计了一款兼具大离轴视场和宽波段的太阳极紫外正入射成像光谱仪,使用三个平场探测器,可实现在极紫外波段对包括日冕和过渡区域在内的太阳上层大气的高空间和高光谱分辨观测。该仪器仅有两次反射表面,同时使用周期性的SiC/Al多层镀膜最大化地减小了极紫外波段的光子通量损失,提高了仪器的传输效率。该成像光谱仪的工作波段为40~47 nm、53~60 nm和66~73 nm,口径为100 mm,沿狭缝方向的离轴视场为18',系统的空间分辨率优于0.55″,光谱分辨率优于30×10 -4 nm。
测量 超环面变线距光栅 离轴光栅像差 非罗兰圆结构 太阳极紫外 成像光谱仪 光学学报
2020, 40(23): 2312005
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
目前罗兰C台链中所有台站受到原子钟积累误差和无线电信号测量精度限制,并没有实现高精度时间同步。基于连续变量纠缠交换方式和位于主副台的延迟装置,可以高精度检测纠缠光场正交分量的相位差信息,从而得到主台和多个副台的同步时差信息。经过理论推导和仿真分析可知,利用所提方案能使多台站同步精度达到皮秒级别。通过分析台间同步量子信道的安全性可知,任何外界窃听行为都将导致主副台误码率提高。
量子光学 罗兰C 台链时间同步 连续变量纠缠信号 纠缠交换 安全性分析
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
基于不同位置的动态光路延迟装置和位于罗兰C主台的纠缠源信号,通过主台非平衡M-Z(马赫-曾德尔)干涉仪检测不同路径纠缠光场的相位差信息,得到罗兰C主、副台的同步时差信息。理论和仿真分析结果表明,在相位差为0.5π时,能得到最佳时差信息,精度能达到数十皮秒级别。相较于原有的主从同步或自由同步等方式,此方案不需要测量脉冲到达时间,而且能够突破量子噪声极限,有效提高了测时精度。
量子光学 罗兰C 台间同步 连续变量源信号 测时精度 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 042702
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
为了降低紫外高分辨率罗兰光栅的像散对光谱像高展宽的影响, 提出了在罗兰圆上使用球面波非对称曝光设计思路。 推导完全校正离焦和子午彗差的表达式, 讨论了多种罗兰光栅记录结构的局限性, 优选适合校正紫外高分辨率罗兰光栅的优化方法。 通过全息光栅像面展宽表达式, 指出像散和弧矢彗差是影响光谱像高的主要因素, 并分配了两者的优化权重。 利用这种优化思路, 设计了工作波段110～200 nm紫外高分辨率罗兰光栅, 同时对比分析了传统光栅的像差系数和像高变化规律、 像面结构和光谱分辨率。 结果表明, 和传统罗兰光栅分辨率处于同一数量级的情况下, 所设计光栅光谱像高由25 mm降低到1.5 mm, 谱面能量集中度有显著的提高。
罗兰光栅 像散校正 光栅设计 Rowlandgratings Astigmatism correction Design method of gratings 光谱学与光谱分析
2017, 37(11): 3616
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 101408
罗兰光栅作为罗兰光栅光谱仪的核心分光元件对整个仪器至关重要, 罗兰光栅在制造和使用过程中主要存在刻线误差、光栅的曲率半径误差和定位误差。采用光线追迹的办法分析罗兰光栅的各种误差对罗兰光栅光谱仪接收能量的影响。结果表明: 曲率半径误差对Ⅳ型罗兰光栅光谱仪影响较小, 刻线误差必须控制在-0.2~0.15l/mm刻线以内, x方向定位误差严格控制在-0.055~0.025mm之间, y方向定位误差控制在-0.03~0.015mm之间, 罗兰光栅光谱仪对光栅绕z轴旋转误差最为敏感, 控制在10-3度量级。通过对罗兰光栅误差的分析, 为罗兰光栅光谱仪的高效利用和研制奠定了基础。
罗兰光栅 刻线误差 曲率半径误差 定位误差 Roland grating the line error radius error position error
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为满足高分辨率大相对孔径宽波段高光谱成像仪的要求，克服Offner光谱成像系统中凸面光栅加工的困难和改进型Czerny-Turner光谱成像系统相对孔径小的缺点，提出一种新型的基于平面光栅的大相对孔径Schwarzschild光谱成像系统，根据反射球面罗兰圆理论分析了该系统的像散校正方法，利用Matlab软件编制了初始结构快速计算程序。作为实例，设计了一个相对孔径为1/2.5，工作波段为400～1000 nm的Schwarzschild光谱成像系统。首先利用自己编制的Matlab程序计算初始结构参数，再利用Zemax-EE光学设计软件对该光谱成像系统进行光线追迹和优化设计，并对设计结果进行分析。结果表明，在整个工作波段内，点列图弥散斑的尺寸小于13 μm，实现了大相对孔径宽波段像差的同时校正，在宽波段内获得了良好的成像质量，满足设计指标要求，也证明了这种新型Schwarzschild光谱成像系统是可行的，其在航空和航天高光谱遥感领域具有广阔的应用前景。
光学设计 Schwarzschild光谱成像系统 高光谱成像仪 平面光栅 罗兰圆
