作者单位
摘要
中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
采用一对圆锥镜作为整形器来产生准直平行的空心光束,并根据能量守恒定律得到了整形后空心光束的光强表达式,然后基于菲涅耳衍射积分公式仿真了该空心光束在自由空间不同传播距离处的衍射光斑及截面光强分布图,并计算得到了光束质量因子随截断直径与高斯光束半径的比值和遮拦比变化的关系曲线,为实际获得良好光束质量和整形器的设计提供依据。其次,对该系统进行了锥顶角一致性、偏心及倾斜误差对波面误差的影响分析,结果表明,对于同样大小的误差,设计锥顶角较大时得到的整形光束的波面误差较小,有利于增加加工和装调的容差范围,且装调中的偏心误差和倾斜误差具有一定的等效性,通过调整装调过程中的偏心方向和大小,可以在一定程度上抵消倾斜误差的影响,实现综合误差的互相抵消,为实际应用中的圆锥镜组整形器加工和装调提供有益参考。最后,对整形出的空心光束进行近、远场测量,结果表明实际所得到的光束质量因子符合理论计算结果。
光学设计 高斯光束 空心光束 圆锥镜 光束整形 衍射传输 误差分析 optical design Gaussian beam hollow beam axicon lens beam shaping diffraction transmission error analysis 
光学学报
2024, 44(4): 0422004
作者单位
摘要
1 东北大学计算机科学与工程学院,辽宁 沈阳 110819
2 东北大学机械工程与自动化学院,辽宁 沈阳 110819
在离轴多反光学系统的装调过程中,光学对准工作成本高、操作复杂。光学系统的一体化加工制造方法通过在设计过程中加入制造约束避免了离轴多反系统的反复装调。然而,现有自由曲面离轴多反系统的设计方法很少考虑制造约束,设计的光学系统无法满足一体化加工制造的要求。针对这一问题,提出了一种符合制造约束的离轴多反系统自动生成方法。首先,提出了由共圆程度函数和遮拦评估函数构成的制造约束模块,对初始结构的合理性进行判断;其次,通过对离轴多反系统的光路结构进行光线追迹,构建了光学系统初始结构的综合目标搜索函数;然后,以搜索获取的初始结构参数为输入,结合改进的Wassermann-Wolf(W-W)法,提出了制造约束下自由曲面离轴多反系统的设计方法。实验结果表明,所提方法可以在保证较高成像质量的前提下,快速、准确地设计出符合制造约束的自由曲面离轴多反系统。
制造约束 离轴多反 设计起点 自由曲面 manufacturing constraint off-axis reflective design starting point freeform surface 
光学学报
2024, 44(3): 0322003
潘世烈 *†张方方 1†
作者单位
摘要
中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心新疆功能晶体材料重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830011
深紫外非线性光学晶体通过非线性光学效应改变激光频率,输出波长短于200 nm的深紫外激光,是全固态深紫外激光源的核心材料,在深紫外激光光刻、半导体芯片缺陷检测、高端科研装备等领域有重要的应用价值。近年来,新型深紫外非线性光学晶体材料的研究取得了系列进展,涌现出若干具有应用前景的候选材料。本文着重介绍基于实验测得的折射率,相位匹配波长达到深紫外区的晶体材料,综述其在材料设计、晶体制备、基本性能和结构-性能关系等方面的研究进展,探讨了实用化深紫外非线性光学晶体材料的发展趋势。
深紫外非线性光学晶体 材料设计 晶体制备 结构-性能关系 deep ultraviolet nonlinear optical crystal material design crystal preparation structure-property relationship 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0116003
苏德尔 1†李浩宇 1,*†高伟达 2王宇航 3[ ... ]赵唯淞 1,**
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院先进光电成像技术研究室,黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨医科大学附属第二医院神经外科室,黑龙江 哈尔滨 150086
3 东北林业大学机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150040
4 北京协同创新研究院,北京 100094
5 北京大学未来技术学院国家生物医学成像科学中心分子医学研究所膜生物学国家重点实验室,代谢及心血管分子医学北京市重点实验室,北京 100871
管道机器人是对复杂系统中管道损伤进行检测和评估的主要工具之一,通过沿行进方向搭载成像系统,实现了在管道中的运动导航和内环境观察。然而,这会导致管壁信息存在于图像传感器边缘,不可避免地会受到镜头畸变的影响而降低对损伤的检测精度,提高对损伤的定量难度。而搭载额外的成像系统观察管壁会大大增加机器人的承载负荷和整体体积,尤其在小尺寸管道机器人中。设计一款适用于管道机器人的微型化管壁成像系统。经过元件选型、光学系统优化和3D打印集成后,整个系统的体积为25 mm×30 mm×12 mm,最优横向分辨率为15.63 μm。最后利用该系统制作了一款微型管道机器人,验证了其成像效果和定量能力。此系统有望搭载到其他管道机器人上作为扩展载荷,提升对管壁细节信息的捕捉能力。
管道机器人 微型化成像系统 管壁检测 光学系统优化设计 pipeline robot miniaturized imaging system pipeline wall detection design and optimization of the optical system 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211013
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 西安应用光学研究所,陕西 西安 710065
针对空间相机轻量化、小型化要求,采用一体式环形孔径透镜。由于基底单一和结构紧凑,系统存在色差和球差,引入衍射光学元件和偶次非球面校正像差,而单层衍射光学元件在宽波段存在衍射效率下降等问题,设计了一种端到端式光学-数字联合成像系统,对影响衍射效率主要级次的点扩散函数进行一致性优化,构建出空间不变的点扩散函数模型,为后续图像复原建立复原函数模型,实现退化图像的复原。最终光学-数字联合成像系统工作波段确定为0.45~1 μm,焦距为185 mm,视场为5°,F数为4,遮拦比为0.35,系统总长为67.8 mm。
光学设计 环形孔径 单层衍射光学元件 端到端设计 图像复原 optical design annular aperture single-layer diffractive optical element end-to-end design image restoration 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411006
朱历伟 1杨磊 1,*陈洁 1张文平 2,3[ ... ]谢洪波 1
作者单位
摘要
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 天津大学-赛思倍斯空天光电系统工程联合实验室,天津 300072
3 赛思倍斯(绍兴)智能科技有限公司,绍兴 311899
离轴反射系统设计的关键环节是确定适用初始结构并进行优化,一般从同轴结构或者专利库中寻找相似的结构开始优化,这往往需要耗费大量的时间。以Seidel像差理论为依据,研究了一种获取离轴四反系统初始结构的设计方法。在设计之初引入视场偏置,通过追迹近轴光线给出五种单色像差的初级Seidel像差表示。以Seidel像差绝对值最小化作为目标函数,同时加入对光学和系统结构上的限制条件构建含有约束条件的单目标非线性优化模型,并通过粒子群优化算法进行求解。在此基础上,通过MATLAB调用CODE V API接口,判断此视场偏置情况下是否满足无遮拦的条件,并从中挑选出满足条件的初始结构。设计了一款焦距为1 200 mm,视场1.2°×20°,F数为6的离轴四反光学系统,系统结构布局紧凑,成像质量良好,各项指标均满足设计要求。
光学设计 离轴四反结构 Seidel像差 粒子群优化 望远镜 Optical design Off-axis four-mirrors structure Seidel aberration Particle swarm optimization Telescope 
光子学报
2024, 53(1): 0122003
魏锦洋 1,2李旭阳 1,2,*谭龙玉 3袁灏 1[ ... ]姚凯中 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学技术研究室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 上海航天控制技术研究所,上海 201109
为实现空间目标的探测与精确识别,设计了一种基于连续变焦结构兼顾大孔径和长焦距的探测成像一体化光学系统,实现了短焦大视场探测,长焦小视场成像的目的。系统采用里奇-克列基昂(RC)结构加校正镜与变焦结构通过光瞳匹配进行结合的方式,使用两片反射镜压缩光路,系统工作于450~850 nm的光谱范围内,焦距为700~3 500 mm;探测端焦距为700 mm,F数为2.5,视场角为0.5°×0.5°;成像端焦距为1 400~3 500 mm,F数为5~12.5,视场角为0.18°×0.18°。该系统具有探测能力强、成像质量佳、系统总长短、变焦凸轮曲线升角小等优点。
光学设计 连续变焦 大孔径 探测系统 成像系统 一体化系统 光瞳匹配 Optical design Continuous zoom Large aperture Detection system Imaging system Integrated system Pupil matching 
光子学报
2024, 53(1): 0122001
作者单位
摘要
西安工业大学光电工程学院光电信息技术研究所,陕西 西安 710021
针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题,提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件,建立合理的优化目标函数,以光学结构参数作为遗传变量,利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构,筛选最优结构输入到光学仿真软件中,经过简单优化即可得到满足要求的宽光谱光学系统。以此方法设计了可见光、近红外宽光谱光学系统,系统成像波段为0.4~1.2 μm,焦距为40 mm,视场角均为±5°,波段范围内焦距差异小于0.03 mm,且宽光谱范围内成像质量良好。
宽谱段 遗传算法 等焦距 光学设计方法 broad spectrum genetic algorithm equal focal length optical design method 
光学学报
2024, 44(2): 0211003
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
针对当前空间环境单一、红外波段探测目标虚警率高、灵敏度低等难题,提出了一种基于低温冷光学技术的双色红外光学系统设计方法。光学系统前置光路采用共口径式结构,通过分光平板进行谱段分光,然后采用中继镜组二次成像的方式实现冷阑匹配,保证系统的轻小型化。另外,为了提升长波系统的探测灵敏度,对其进行了低温冷光学设计,减小系统自身辐射对探测性能的影响。系统的工作波长为3.7~4.8 μm和7.9~9.3 μm,F数为1.2,光学结构三维总尺寸为260 mm×150 mm×80 mm,中波系统畸变小于2.8%,约有82%的能量集中在探测器的一个像元内,长波系统畸变小于0.33%,约有70%的能量集中在探测器的一个像元内。该系统可对空间弱目标进行远距离探测,具有虚警率低、灵敏度高、结构紧凑等优点。
低温光学设计 红外双色波段 共口径 弱目标探测 cold optical design infrared dual-color band common aperture dim target detection 
红外与激光工程
2023, 52(12): 20230297
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 物理学院,合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,合肥 230031
目前商品化的显微物镜的适用波段范围无法满足360~1 000 nm波段范围的相关光子光斑的测量要求。从复消色差基础理论出发,研究了复消色差玻璃组合的选择方法,得到了二级光谱校正效果较好的玻璃组合。采用全球面折射式、无穷远校正的结构型式,设计出一款放大倍率为20倍、数值孔径为0.3、工作距离为10 mm、齐焦距为60 mm、视场为0.66 mm、工作波长范围为360~1 000 nm的平场复消色差显微物镜。调制传递函数曲线在80 lp/mm处接近衍射极限,场曲校正满足平场的国际标准,其余成像指标也接近衍射极限。公差分析结果表明,该显微物镜满足设计和实际加工要求。
光学设计 显微成像 显微物镜 平场复消色差 宽光谱范围 相关光子 装调 Optical design Microscopic imaging Microscope objective Plan-apochromatic Broadband apochromatic Correlated photons Adjustment 
光子学报
2023, 52(12): 1223002

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