为了优化对大口径激光探测组件灵敏度、角度参数等特性的测量能力, 减小因高斯光束光强分布中间强、边缘弱的特点造成的测量值差异, 基于小口径非球面镜组光束整形及高倍率扩束技术, 设计了大口径均匀激光光束产生装置,提出了基于光强分布、非球面镜非球面度、光线光程差的综合优化整形方法。 结果表明, 设计的开普勒型非球面整形镜组非球面度小于20 μm, 工作束宽5 mm, 输出平顶光束均匀性为92.8%; 设计的40×高质量扩束系统, 与非球面镜组相匹配可实现2 m距离内150 mm口径均匀光束, 可获得优于94.2%的150 mm大口径均匀光束输出。该研究对激光测量与标定系统的工程化设计是有帮助的。
激光技术 平顶光束 大口径光束整形 均匀性 非球面镜组 laser technique flat-top beam large-aperture beam shaping energy uniformity aspheric lens
1 中国空空导弹研究院, 河南洛阳 471099
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南洛阳 471099
随着光学塑料成型技术的不断发展, 光学塑料透镜在各类光学系统中得到了广泛的应用。光学塑料具有便于大批量生产, 设计灵活性高, 重量轻和耐冲击等特点。本文进一步研究了光学塑料的特性, 并结合激光制导**光学系统的特点, 分析光学塑料应用的可行性。在以上分析的基础上针对特定的光学系统参数, 完成基于非球面光学塑料的光学系统设计, 并对系统的光斑成像质量进行了分析, 满足系统的使用要求。最后, 针对光学塑料对温度变化比较敏感的问题, 利用 LightTools软件完成对激光制导**探测系统的建模, 分析不同温度环境下系统输出的和差比幅值偏差和角度的偏差, 进一步验证光学塑料为系统带来的影响, 确定其在光学系统中的适用性。
光学塑料 非球面透镜 激光制导** 光学系统 optical plastic, aspheric lens, laser guided weapo
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，微纳制造实验室，天津 300072
介绍了玻璃光学元件精密模压成形技术的原理、玻璃材料、模具制造、模具表面镀膜、结合有限元仿真的模压工艺优化和模压成形设备等核心技术的研究进展，并讨论了当前存在的问题。通过探讨玻璃模压成形技术在自由曲面、微结构、衍射结构表面和晶圆阵列等光学元件中的应用现状，对玻璃元件精密模压成形技术的发展趋势和挑战进行了展望。
光学设计 光学玻璃 非球面透镜 自由曲面透镜 超精密加工 玻璃精密模压 微结构制造
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
透射式光学系统中透镜中心偏误差的存在, 影响了光学系统的共轴性, 从而产生了偏心像差, 影响了成像质量。非球面透镜的应用可以减少光学系统的像差, 越来越被广泛使用。为了研究非球面透镜和球面透镜的中心偏误差带来的系统偏心像差的差异, 提出了一种最佳光轴拟合对光学系统中心偏误差分析的方法。结合塞德尔多项式, 利用Zemax软件对系统加入失调参量, 引出相同中心偏误差对球面和非球面系统像差影响的差异。研究结果表明, 非球面透镜的中心偏误差引起的光学系统像差较大。相较于球面透镜, 在非球面透镜的加工制造过程中, 要更加严格地控制其中心偏误差。
非球面透镜 中心偏误差 透射式光学系统 光学仿真 偏心像差 aspheric lens center deviation error transmissive optical system optical simulation eccentric aberration
强激光与粒子束
2021, 33(2): 029002
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所系统集成与 IC设计研究部, 江苏苏州 215123
针对菲涅尔透镜存在实际光学效率偏低的问题, 本文设计了一种由非球面透镜和棒锥镜组成的高效非成像聚光光学系统。在光学设计软件 Zemax的序列模式下对非球面透镜进行了优化设计, 通过最大程度地减小球差, 像面光斑的几何半径从 42 mm降到了 1.7 mm。基于此, 在 Zemax的非序列模式下, 完成了非球面透镜和棒锥镜的建模和优化, 通过蒙特卡罗光线追迹分析实现了光学效率为 87%、接收角为 0.9°的非成像聚光光学系统。最后, 基于非球面透镜阵列和棒锥镜样品, 实现了高倍聚光型光伏模组的封装与测试。测试结果表明, 该模组的光电转换效率达 30.03%, 与菲涅尔透镜构成的高倍聚光型光伏模组相比有显著提升。
菲涅尔透镜 非成像聚光光学系统 非球面透镜 聚光型光伏 Fresnel lens non-imaging concentrated optical system aspheric lens concentrated photovoltaic
1 杭州电子科技大学 通信工程学院, 杭州 310018
2 防化研究院, 北京 102205
依据几何光学和非成像光学理论，提出了一种基于大尺寸近焦点非球面透镜的大功率LED均匀光源设计方法。在该方法中，首先根据选定参数的LED通过几何光学理论初步设计非球面透镜参数，然后在ZEMAX软件中对非球面透镜参数进行基于评价函数的优化，得到焦距76.79 mm、直径为200 mm的非球面透镜。将非球面透镜导入TRACEPRO软件建模并进行光线追迹仿真，根据仿真结果获得最优透镜参数进行加工和下一步实验。实验结果表明：均匀照明系统可以在60 cm处实现发散角±8.53°的均匀照明，光斑均匀性达到95.82%。
非球面透镜 LED扩展光源 均匀度 光线追迹 非成像光学理论 aspheric lens extended LED source uniformity trace rays non-imaging optical theory 强激光与粒子束
2019, 31(9): 091002
1 宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 东莞长益光电有限公司, 广东 东莞 518000
硫系玻璃镜片是新型温度自适应红外光学系统的重要组件之一。随着红外热成像民用市场的日益成熟, 对硫系玻璃镜片的产业化技术需求越来越迫切。文中进行了As2Se3硫系玻璃非球面镜片的精密模压实验, 研究并优化出口径Φ21 mm硫系镜片的模压工艺参数。通过模具的补偿修正, 获得了完全满足镜片设计要求(PV值小于 0.7 μm)的模压镜片。此外, 研究了模压处理对As2Se3玻璃物理性质的影响, 发现模压后As2Se3玻璃的密度、硬度和玻璃转变温度T■降低, 最大透过率提高。通过拉曼光谱测试, 分析并讨论了造成这种反常现象的微观结构原因。为今后较大口径非球面硫系镜片的批量制造提供了科学数据和参考。
硫系玻璃 精密模压 非球面 拉曼光谱 面型精度 chalcogenide glass precision molding aspheric lens Raman spectra surface precision 红外与激光工程
2019, 48(7): 0742002
