作者单位
摘要
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 恒迈光学精密机械(杭州)有限公司, 浙江 杭州 311421
全息光存储是一种利用全息方式去进行信息的记录和再现的存储方式。在同轴全息光存储中,需要光学头物镜对532nm和650nm两个工作波长聚焦于全息材料不同的焦面上,且都能达到良好的聚焦效果。由于记录和读取都在全息记录材料上,全息材料由保护层和记录层组成,由于折射率不均匀导致的像差会对物镜的聚焦效果产生影响。目前的商业物镜无法满足全息光存储中光学头的物镜需求。为了满足这类需求,达到良好的性能效果,论文利用Zemax OpticStudio 光学设计软件设计了一款针对全息光存储的双波长非球面光学头物镜,整体由一片非球面镜和一片球面镜组成。工作波长为532nm和650nm两个波长,焦距大于4mm小于6.2mm,像方数值孔径大于0.5,MTF值在空间频率为900lp/mm内均大于0.4,在全息材料上聚焦获得的波面相差均方根低于0.07波长。在上述技术指标下,该物镜具有较好的分辨能力和成像质量,论文方案为全息光存储光学头物镜的设计提供了新的思路。
光学设计 非球面 全息光存储 optical design aspheric surface holographic optical storage 
光学技术
2023, 49(3): 281
作者单位
摘要
南京邮电大学电子与光学工程学院,江苏 南京 210023
基于介电润湿液体透镜的原理,利用COMSOL仿真软件设计了方腔结构的非球面双液体透镜模型,分析了MATLAB工具对模型中界面面型的拟合精度。设计加工了具体的器件结构,研究了非球面双液体透镜的面型变化情况。通过图像处理和面型拟合分析,获得非球面面型的实验结果,验证了方腔结构的非球面液体透镜结构的可行性。
光学设计 液体透镜 介电润湿效应 非球面 optical design liquid lens dielectric wetting effect aspheric surface 
激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122005
蔡梦雪 1,2,3,4王孝坤 1,2,3,4张志宇 1,2,3,4李凌众 1,2,3,4[ ... ]张学军 1,2,3,4
作者单位
摘要
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
3 应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
4 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林 长春 130033
由于仪器传递函数(Instrument Transfer Function, ITF)能准确反映仪器在空间频率上的响应特征,被广泛应用于仪器规范之中。目前多采用刻有单一台阶特征或不同周期正弦特征的平面测试板对干涉仪的ITF进行检测。针对平面测试板无法完成高陡度球面/非球面镜检测时ITF标定的问题,提出了根据球面台阶测试板标定高陡度镜面检测的子孔径拼接ITF的方法。通过超精密车削技术制作了球面台阶测试板,并对其进行拼接检测,根据梯度定位法和旋转矩阵完成检测孔径中台阶的定位及采样,利用傅里叶变换方法实现对台阶实测面形的功率谱密度求解,最后与理想面形功率谱密度做比获得ITF。对口径100 mm、曲率半径100 mm、带有同心圆环台阶结构的球面台阶测试板进行拼接检测以及数据分析,实验结果表明:在1 mm−1的空间频率范围内,各个子孔径对高陡度镜面的检测水平平均可达到82.72%,具有较好的检测精度,随后ITF逐渐衰减,当空间频率在1.5 mm−1左右时,仅能达到40%~60%。
高陡度球面 高陡度非球面 仪器传递函数 子孔径拼接 球面台阶测试板 high-steep spherical surface high-steep aspheric surface instrument transfer function sub-aperture stitching spherical step test board 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230462
程德文 1,2,*黄逸伦 1,2李阳 1,2侯起超 1,2[ ... ]王涌天 1,2
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
超短焦偏振折反射虚拟现实(VR)镜头是新兴的近眼显示光学解决方案,能满足用户对大视场、大出瞳和高清晰度的需求。本文详述了超短焦偏振折反射VR镜头的光路原理,说明了偏振折反射VR光学方案相较于传统VR光学方案的优势,并研究了低应力镜片的设计方法。为增加设计自由度,提出将非球面转化为环形拼接非球面,并介绍了拼接非球面的数学描述与优化策略。针对不同视场的像质差异问题,引入了像质自动平衡优化算法。采用上述方法先后设计了47°视场角和96°视场角的两款超短焦偏振折反射VR镜头,在像质平衡优化后,全视场调制传递函数值较采用普通非球面的系统提升了0.35以上。研究结果证明了环形拼接非球面在VR镜头设计中的可行性与高自由度优势,并体现了像质平衡优化算法的实用性。介绍了超短焦偏振折反射VR镜头的研发流程,原理样机的测试结果验证了该光学系统的良好显示性能。本文提出的设计方法对VR近眼显示设备的高清化与轻量化发展具有指导意义。
光学设计 虚拟现实 近眼显示 拼接非球面 超短焦偏振折反射镜头 optical design virtual reality near-eye display stitched aspheric surface ultrashort focal polarization catadioptric lens 
光学学报
2023, 43(15): 1522001
宋鹏 1白杨 2杨超 1李闯 1[ ... ]郭杰 1
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
大口径离轴非球面反射镜进行高精度车削过程中,由离心力引起的微米级面形误差变得尤为重要。为了减小离轴非球面反射镜在车削过程中受离心力变形而引起的面形误差,对离轴非球面铝合金反射镜开展了单点金刚石车削工艺研究。通过分析离心力产生机理,构建了抑制离心力坐标变换加工模型;利用有限元仿真的方法优化了坐标变换的平移位移和旋转角度,最后基于优化结果对口径320 mm的RSA6061铝合金离轴非球面反射镜进行车削实验,获得了面形精度为RMS 0.198λ(λ=632.8 nm)的离轴非球面铝合金反射镜,验证了该优化加工方法的有效性。上述优化方式能够显著提高单点金刚石车削加工大口径离轴非球面反射镜的加工精度。
光学制造 离轴非球面 离心力误差 金刚石车削 optical manufacturing off-axis aspheric surface centrifugal force error diamond turning 
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220888
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京 100081
光学非球面在先进光学系统中有着广泛的应用,其面形和参数的高精度测量是光学非球面加工和装调的基础。从面形误差和参数误差两类被测量的角度,阐述了各种典型的干涉测量方法,重点介绍了笔者在部分补偿法、数字莫尔干涉法中取得的成果,探讨了光学非球面干涉测量的发展前景和研究方向。
干涉法 非球面 面形误差 参数误差 interferometry aspheric surface form error parameter error 
光学学报
2023, 43(15): 1522003
熊玉朋 1,2,3路文文 1,2,3黄铖 1,2,3陈付磊 1,2,3陈善勇 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学 智能科学学院 装备综合保障技术重点实验室,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 智能科学学院 超精密加工技术湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
3 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
由共用镜坯、径向折叠的多个环带反射镜组成的成像系统具有紧凑化、免装调的特点。为确保各反射镜的面形精度和相互位姿精度,提出了计算全息(Computer Generated Hologram, CGH)补偿干涉测量方法。针对可见光/近红外成像需求,基于共轴折叠思路设计了环带四反射镜成像系统;应用金刚石车削工艺加工了多环带共体反射镜;重点针对其中共体的主镜、三镜和次镜、四镜分别设计了CGH补偿器,通过合理选择离焦载频和CGH轴向位置,有效分离了干扰衍射级次的鬼像,实现了多个反射镜面形与相互位姿误差的同步检测。干涉测量结果表明,多个反射镜同时达到接近零条纹状态,面形精度和相互位姿精度较高,且无鬼像干扰。系统对100 m远处目标探测实验表明,反射镜不需要额外装调即可实现良好成像,具有集成度高、研制周期短、成像质量高的优点。
可见光/近红外成像系统 折叠反射镜 干涉检测 计算全息 高次非球面 visible/near-infrared imaging system folded mirror interferometry CGH high-order aspheric surface 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230175
郑博洋 1,2薛常喜 1,2,*
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学先进光学设计与制造技术吉林省高校重点实验室,吉林 长春 130022
多级衍射元件在衍射望远系统消色差领域的应用逐渐成为热点。基于赛德尔三级像差理论,对由多级衍射光学元件、折射光学元件和菲涅耳衍射元件三元件组合的光学系统展开分析。在400~700 nm工作波段,通过数学推导校正表面系统的球差,同时实现消色差及复消色差。对系统在平面、球面和非球面不同面型下的成像质量进行比对。当系统为非球面设计时,调制传递函数在截止频率50 lp/mm处高于0.6683,优于平面和球面设计,衍射圈入能量更高,成像质量更好。该研究为将多级衍射元件组合系统运用到消色差领域提供了参考。
衍射 多级衍射元件 三级像差理论 消色差 非球面 折衍射混合 diffraction multiple-order diffraction element third-order aberration theory achromatism aspheric surface hybrid refraction/diffraction 
光学学报
2023, 43(10): 1005001
作者单位
摘要
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学光电技术研究院,安徽 合肥 230009
为了实现对大口径高次非球面镜的面形精度检测,本文针对一个内径572 mm、外径 800 mm的半环形凹高次非球面反射镜,进行补偿检测系统设计和轻量化分析。基于三级像差理论,采用双透镜与单反射面的结构对非球面反射镜进行补偿检测,得到均方根(RMS)值为0.0037λλ=632.8 nm)的补偿检测系统。采用三角形孔对高次非球面镜进行轻量化,轻量化后镜体质量小于30 kg,轻量化率为32.7%。结合机械支撑结构,对高次非球面镜与支撑结构在自身重力作用下进行有限元分析。当光轴与重力方向平行时,RMS值为0.012λ。当光轴与重力方向垂直时,RMS值为0.013λ,镜体所受最大应力为1.308×105 Pa,机械支撑结构所受最大应力为1.381×105 Pa,非球面镜和支撑结构所受应力都小于各自材料的极限应力。
光学设计 高次非球面 轻量化 三级像差 补偿检测 有限元 optical design high-order aspheric surface lightweight third-order aberration compensation detection finite element 
激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0722003
张海涛 1,2,3徐乐 2谢常青 1,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室,北京 100029
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
3 中国科学院大学集成电路学院,北京 100049
通过对计算全息图检测非球面的误差进行分析,提出了一种用于计算全息图检测非球面过程中图案位置误差引入的波前误差的标定方法。该方法先设计检测过程中所需要的辅助波前和检测波前在计算全息基板上所对应的相位分布,再通过光场叠加的方式得到复合相位。辅助波前用于计算实际位置与设计位置的偏差,进而计算出位置畸变引起的检测误差,并将其从系统中消除。检测波前用于得到与非球面匹配的波前,进而对非球面面形进行检测,并提出了图案位置误差引入的非球面波前差的计算方法。为评估该方法的可行性,将复合相位所对应的计算全息图导入衍射计算软件中进行仿真,同时得到了平面、球面和非球面各个级次的衍射光斑,证明了该方法的正确性。
光学设计 非球面 复合相位 计算全息 图案位置误差 绝对检测 optical design aspheric surface complex phase computer-generated hologram pattern place error absolute metrology 
光学学报
2023, 43(8): 0822027

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