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阶跃光纤混合模的聚焦特性分析

激光与光电子学进展 2022年第17期59卷 92-97页

作者：韩越王挺峰巩盾车东博王铭中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

在激光加工等领域常利用光纤激光的聚焦以获得高功率密度的光斑。为了分析阶跃光纤混合模的聚焦特性,基于广义惠更斯-菲涅耳衍射公式,数值计算了阶跃光纤中基模(LP01)与高阶线偏振模在非相干叠加和相干叠加两种情况下的聚焦光强分布。... 详细信息

在激光加工等领域常利用光纤激光的聚焦以获得高功率密度的光斑。为了分析阶跃光纤混合模的聚焦特性,基于广义惠更斯-菲涅耳衍射公式,数值计算了阶跃光纤中基模(LP01)与高阶线偏振模在非相干叠加和相干叠加两种情况下的聚焦光强分布。仿真分析了混合模相对于单一LP01模式的聚焦特性,研究了其聚焦光斑的平均功率密度、焦点偏移随模式占比、模式间相位差的变化规律。研究表明:当混合模非相干叠加时,随着基模占比的增加,聚焦光斑功率密度随之增加且焦点偏移减小;当混合模相干叠加时,基模占比及模间相位差都会影响聚焦效果,可以通过合理控制基模占比和模间相位差,达到聚焦光斑功率密度高于基模的聚焦光斑功率密度、减小混合模焦点偏移的目的。

关键词：光纤光学光纤激光混合模平均功率密度焦点偏移

含有自由曲面的大视场低畸变同轴三反射光学系统设计

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光学学报 2014年第7期34卷 190-196页

作者：巩盾王红中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室吉林长春130033

遥感测绘应用要求光学系统焦距长、幅宽大、畸变低、体积小,并且可以实现与卫星平台的一体化设计。经过结构优选,采用改进型同轴三反结构,同时实现了长焦距、大幅宽和低畸变。由于二次遮拦和大视场的影响,一般的非球面优化设计成像质量... 详细信息

遥感测绘应用要求光学系统焦距长、幅宽大、畸变低、体积小,并且可以实现与卫星平台的一体化设计。经过结构优选,采用改进型同轴三反结构,同时实现了长焦距、大幅宽和低畸变。由于二次遮拦和大视场的影响,一般的非球面优化设计成像质量不能满足要求。自由曲面的加入有效地增加了光学系统优化的自由度,经过优化设计后,光学系统设计传递函数大于0.418(72lp/mm),最大相对畸变小于0.00145%,光学系统成像质量明显提高。利用计算全息(CGH)技术实现了自由曲面的检测与精磨加工,设计残余波像差均方根(RMS)值为0.007λ,峰谷(PV)值为0.027λ,满足自由曲面的面形公差要求。加工、装调后实测光学系统的实验室静态传递函数,弧矢方向最低静态传递函数为0.225(72lp/mm),满足系统技术指标要求。

关键词：光学设计同轴三反自由曲面计算全息

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空间高光谱成像仪的光学设计

红外与激光工程 2014年第2期43卷 541-545页

作者：巩盾王红中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室吉林长春130033

空间高光谱成像仪是现代空间遥感器的新型载荷,设计的空间高光谱成像仪光学系统由前置望远系统和光谱成像系统两部分组成,对前置望远系统和光谱成像系统分别设计,再进行组合优化。前置望远系统采用离轴三反结构,在增大幅宽、提高成像质... 详细信息

空间高光谱成像仪是现代空间遥感器的新型载荷,设计的空间高光谱成像仪光学系统由前置望远系统和光谱成像系统两部分组成,对前置望远系统和光谱成像系统分别设计,再进行组合优化。前置望远系统采用离轴三反结构,在增大幅宽、提高成像质量的同时减小高光谱成像仪光学系统的畸变。为了保证光学系统结构的紧凑,前置望远系统采用视场分离的方式设计,进一步提高了光学系统的分辨率。凸面光栅是现代光栅刻划技术的最新成果,光谱成像系统采用次镜为凸面光栅的Offner光栅光谱仪,实现了光谱成像系统的高分辨率与小型化。组合优化后的高光谱成像仪光学系统幅宽大、体积小、成像质量好、光谱分辨率高、光谱通道数多,全视场全谱段MTF在Nyquist频率下高于0.7,成像弥散圆80%的能量集中在Φ15μm范围内,小于探测器18μm的像元尺寸,均高于系统技术指标要求。

关键词：光学设计离轴三反视场分离 Offner光谱仪

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温度对星载相机的影响和温控指标的制定

光学学报 2010年第7期30卷 2017-2021页

作者：巩盾王红田铁印中国科学院长春光学精密机械与物理研究所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 中国科学院研究生院北京100049

为了克服空间环境剧烈的温度变化,利用有限元模型分析计算了星载三线阵相机在不同温度状态下的镜面面型畸变与筒长变化,并用输出的泽尼克(Zernike)系数表示畸变,将得到的Zernike系数与筒长变化量拟合入CODE V光学设计软件,进一步分析了... 详细信息

为了克服空间环境剧烈的温度变化,利用有限元模型分析计算了星载三线阵相机在不同温度状态下的镜面面型畸变与筒长变化,并用输出的泽尼克(Zernike)系数表示畸变,将得到的Zernike系数与筒长变化量拟合入CODE V光学设计软件,进一步分析了光学系统在不同温度状态下的调制传递函数(MTF)曲线的下降;结合目标光学参数提出2℃温控指标。针对轴向温差温控指标的各种温度水平制订实验工况,对星载三线阵相机分工况进行热光学实验,测得的实验室静态传递函数都达到或接近目标值0.2,将测得的MTF值和理论分析结果相比较,验证了温控指标与温控手段的合理性。

关键词：热光学三线阵相机有限元模型调制传递函数曲线

利用Zernike系数对离轴三反射系统进行计算机辅助装调

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光学精密工程 2010年第8期18卷 1754-1759页

作者：巩盾田铁印王红中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

针对离轴三反光学系统检测和装调的复杂性,提出了一套结合了干涉测量技术的计算机辅助装调方法。采用多视场ZYGO干涉仪自准干涉检验各种失调量产生的残余像差,得到表征系统失调量引起残余像差的一系列Zernike系数,利用Zernike系数与Sei... 详细信息

针对离轴三反光学系统检测和装调的复杂性,提出了一套结合了干涉测量技术的计算机辅助装调方法。采用多视场ZYGO干涉仪自准干涉检验各种失调量产生的残余像差,得到表征系统失调量引起残余像差的一系列Zernike系数,利用Zernike系数与Seidel像差系数之间的相关性将之转化为几何像差作为校正对象。由光学设计软件求得与系统失调量相关的灵敏度矩阵,并确定对残余像差影响最敏感的失调量。当失调量被确定后,将调整后的结果再次代入光学设计软件进行验证。多次迭代后,得到系统的RMS值<0.04λ的良好结果,证明了这种指导装调的方法是行之有效的。

关键词：离轴三反系统计算机辅助装调干涉检验灵敏度矩阵

离轴三反射系统的热光学分析和温控指标的制定

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光学精密工程 2011年第6期19卷 1213-1220页

作者：巩盾田铁印王红中国科学院长春光学精密机械与物理研究所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

考虑空间环境中温度是光学系统成像质量的主要影响源,针对离轴三反射光学系统提出了一套由有限元分析到光学分析的热光学分析方法。在有效分析均匀温度场对系统影响的基础上,采用有限元分析得到温差影响下的镜面面形畸变,并用Zernike多... 详细信息

考虑空间环境中温度是光学系统成像质量的主要影响源,针对离轴三反射光学系统提出了一套由有限元分析到光学分析的热光学分析方法。在有效分析均匀温度场对系统影响的基础上,采用有限元分析得到温差影响下的镜面面形畸变,并用Zernike多项式拟合畸变面形;将Zernike系数代入光学设计软件CODE V,理论分析了温差影响下的光学系统成像质量,提出了光学系统温控指标。以温控指标为依据对光学系统采用主动热控进行热光学试验,所得试验结果均达到56lp/mm下光学系统全视场MTF值>0.2的光学参数要求,实验结果证明了理论分析的准确性和温控指标的合理性。

关键词：离轴三反射系统热光学有限元模型调制传递函数

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空间遥感测绘光学系统研究综述

中国光学 2015年第5期8卷 714-724页

作者：巩盾中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室吉林长春130033

将遥感技术应用到测绘当中是现代地质测绘技术的发展趋势,随着光学载荷分辨率的不断提高,遥感测绘已经成为社会发展和国民经济发展的重要保障。光学载荷决定了测绘空间遥感器的分辨率、测绘精度、卫星平台体积与重量,是遥感器的核心部... 详细信息

将遥感技术应用到测绘当中是现代地质测绘技术的发展趋势,随着光学载荷分辨率的不断提高,遥感测绘已经成为社会发展和国民经济发展的重要保障。光学载荷决定了测绘空间遥感器的分辨率、测绘精度、卫星平台体积与重量,是遥感器的核心部分。本文对高成像质量透射光学系统、同轴三反光学系统、离轴三反系统等常用的空间遥感测绘光学系统的结构形式和光学性能分别进行了介绍,并对处于研发阶段的新型空间反射光学系统的结构形式和光学性能进行了展望。分析认为,根据不同的应用环境和技术指标,合理选用不同种类的遥感测绘光学系统,可以最大程度利用平台资源,满足遥感测绘需求。

关键词：遥感测绘光学系统设计传递函数相对畸变

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多种应用于高功率激光技术的光学系统设计

红外与激光工程 2013年第S01期42卷 118-122页

作者：巩盾王红田铁印中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室吉林长春130033

结合当前高功率激光技术的工程实践,按发射与接收、可见与红外、折射与反射等分类方式分别介绍了应用于各种环境下的多种光学系统结构,分析了各种光学系统的优势与不足,完成了各种光学系统的光学设计,并给出了光学系统的技术指标与接收... 详细信息

结合当前高功率激光技术的工程实践,按发射与接收、可见与红外、折射与反射等分类方式分别介绍了应用于各种环境下的多种光学系统结构,分析了各种光学系统的优势与不足,完成了各种光学系统的光学设计,并给出了光学系统的技术指标与接收光学系统的成像质量。在实际应用中应按照不同的应用环境和技术指标合理的选取光学系统,使光学系统在高功率激光技术中更好地发挥作用,增大探测范围、提高成像质量、提升跟瞄精度。随着技术进步,近年来也产生了一些新型的光学系统,分析了新型高功率激光光学系统的性能优势,并对这些新型系统的应用前景进行了展望。

关键词：高功率激光发射系统接收系统光学设计

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温度环境下空间遥感光学系统成像质量的检测

中国光学 2012年第6期5卷 602-609页

作者：巩盾田铁印王红中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室吉林长春130033

在离轴三反射系统热光学理论分析的基础上,利用热光学实验测试了光学系统在不同热环境下的成像质量。将实测温度代入有限元模型,计算表征镜面变形的Zernike系数。将Zernike系数输入光学设计软件,复算光学系统的理论成像质量,并与测试结... 详细信息

在离轴三反射系统热光学理论分析的基础上,利用热光学实验测试了光学系统在不同热环境下的成像质量。将实测温度代入有限元模型,计算表征镜面变形的Zernike系数。将Zernike系数输入光学设计软件,复算光学系统的理论成像质量,并与测试结果进行对比分析。结果显示,理论复算值与实验实测值相吻合,证明了理论分析的正确性。试验检测表明,系统在Nquist频率下,18℃时的静态传递函数为0.247;14～21℃时的静态传递函数为0.221～0.254,满足系统成像质量要求。

关键词：光学遥感器离轴三反系统热光学有限元模型调制传递函数