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梯度折射率透镜传输特性研究及光纤耦合系统设计

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梯度折射率透镜传输特性研究及光纤耦合系统设计

作者：万腾西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着梯度折射率光学理论,光学设计理论基础的不断发展,利用梯度折射率光学可减少光学系统组件,简化加工工艺,为科技工程设计师们提供了一条使光学系统向微型化、轻型化、优质化、易装配等方向发展的新途径。因此梯度折射率透镜在光学通... 详细信息

随着梯度折射率光学理论,光学设计理论基础的不断发展,利用梯度折射率光学可减少光学系统组件,简化加工工艺,为科技工程设计师们提供了一条使光学系统向微型化、轻型化、优质化、易装配等方向发展的新途径。因此梯度折射率透镜在光学通信等方面的光学系统中具有广泛的应用前景。本文主要介绍了高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性,以及梯度折射率透镜在光纤耦合中的应用。首先:分析了高斯光束在梯度折射率非线性介质中的传播特性,从波动方程出发,利用变分法,最终求得高斯光束在梯度折射率非线性介质中传输时束斑半径、曲率半径和光强的表达式,主要分析了非线性因子和其他因素对束斑半径和光强的影响,以及高斯光束在非线性梯度折射率棒透镜中的自聚焦性质。其次:本文设计并采用双梯度折射率透镜系统来实现高斯光束在光纤中的耦合,采用等效薄透镜理论分析了多种因素对耦合的影响,以及双梯度折射率透镜系统较单梯度折射率透镜耦合在系统稳定性方面的提高,得到透镜及整个耦合系统参数选择的一般性结论。

关键词：高斯光束梯度折射率透镜非线性耦合

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梯度折射率透镜在光纤耦合系统中的应用

梯度折射率透镜在光纤耦合系统中的应用

作者：张强西安电子科技大学

学位级别：硕士

梯度折射率透镜由于具有小体积、平端面、易加工、易调整对准、易耦合组装、耦合效率高的特点,因而在半导体激光器与光纤的耦合系统中发挥了重要的作用。本文在介绍了半导体激光器的特性、高斯光束传播规律、透镜光纤耦合基本性能的基... 详细信息

梯度折射率透镜由于具有小体积、平端面、易加工、易调整对准、易耦合组装、耦合效率高的特点,因而在半导体激光器与光纤的耦合系统中发挥了重要的作用。本文在介绍了半导体激光器的特性、高斯光束传播规律、透镜光纤耦合基本性能的基础上,对高斯光束经梯度折射率透镜的传输特性进行了具体分析,同时对如何选取最佳耦合结构参数进行了探讨。首先,运用ABCD定律和高斯光束复参数的定义,分析了高斯光束在非线性非均匀介质中的传输特性,进而推导出高斯光束经梯度折射率透镜的传输特性,得出高斯光束出射透镜后的束腰宽度及束腰位置的公式,即高斯光束经过梯折透镜的成像变换公式。得到此公式后,运用计算机编程进行了数值计算讨论、画图,分析了在一定初始条件下不同的参数(如初始束腰位置、梯度折射率参数、透镜宽度等)对束腰变化产生的影响。之后,采用两片自聚焦透镜构成的耦合系统作为模型,研究怎样选取最优的结构参数,包括如何选取两片透镜的宽度和两透镜的间距。即在保证高效耦合的前提下,如何使耦合结构尽可能的紧凑、体积尽可能的小。文中根据自聚焦透镜的光纤传输轨迹,给出了理论上的最佳结构公式,然后根据这些公式用计算机编程计算,给出了最佳耦合结构参数的近似值。

关键词：梯度折射率透镜半导体激光器光纤耦合高斯光束

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基于梯度折射率透镜的管道内窥镜设计

光子学报 2010年第10期39卷 1780-1785页

作者：郭俊马永利张璐赵翠玲王文生长春理工大学现代光学测试实验室长春130022

针对管道测试的需求,将梯度折射率透镜的光学性能与显微镜相结合,设计了具有大景深的管道内窥镜光学系统.在保证所需放大倍率的同时,利用梯度折射率透镜介质折射率渐变的特点,使该系统的景深增大为原来的200倍.该系统像面近似球面的特... 详细信息

针对管道测试的需求,将梯度折射率透镜的光学性能与显微镜相结合,设计了具有大景深的管道内窥镜光学系统.在保证所需放大倍率的同时,利用梯度折射率透镜介质折射率渐变的特点,使该系统的景深增大为原来的200倍.该系统像面近似球面的特点使其更适合圆形管道内壁的检测,当它与CCD等器件相结合,不仅实现管道内窥镜的数字化测试,而且能通过监视器在更大景深范围内、方便的监测管道内壁的裂痕、磨损等清晰的图像.

关键词：内窥镜梯度折射率透镜显微镜大景深

基于梯度折射率透镜的850nm光互连模块的研究

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半导体光电 2009年第2期30卷 200-202,219页

作者：田坤王品红乔建社重庆光电技术研究所重庆400060

设计了波长为850 nm的4×4阵列光互连模块,利用ZEMAX软件对使用双柱面透镜和梯度折射率透镜的系统光路进行了模拟计算,通过比较,设计最终采用了对准容差更大的850nm梯度折射率透镜。利用1×4的梯度折射率透镜阵列将1×4的850 nm垂直腔... 详细信息

设计了波长为850 nm的4×4阵列光互连模块,利用ZEMAX软件对使用双柱面透镜和梯度折射率透镜的系统光路进行了模拟计算,通过比较,设计最终采用了对准容差更大的850nm梯度折射率透镜。利用1×4的梯度折射率透镜阵列将1×4的850 nm垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列和2×4的Si探测器阵列连接起来,经对准后组装成了1×4的线列光互连模块,模块的信号电流/串扰电流比大于0.53×105。

关键词：梯度折射率透镜 VCSEL阵列 PIN PD阵列 4×4阵列光互连模块

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梯度折射率透镜的研究

光电子 2016年第2期6卷 101-111页

作者：张美玲邹华河海大学理学院江苏南京

梯度折射率(GRIN)透镜是非均匀折射率透镜,具有体积小、易加工、耦合效率高等特点。为了更好的了解和应用GRIN透镜,本文对GRIN透镜做了详细的调研和分析研究,研究了不同类型的GRIN透镜及其原理,介绍了GRIN透镜四种常用的制备方法,并总结... 详细信息

梯度折射率(GRIN)透镜是非均匀折射率透镜,具有体积小、易加工、耦合效率高等特点。为了更好的了解和应用GRIN透镜,本文对GRIN透镜做了详细的调研和分析研究,研究了不同类型的GRIN透镜及其原理,介绍了GRIN透镜四种常用的制备方法,并总结了GRIN透镜在医学、通信、工业领域及LAMOST (大天区面积多目标光纤光谱仪天文望远镜)中的应用,通过比较各方面的特性和应用,可知不同类型、不同特性的GRIN透镜在不同领域有着广泛的应用。

关键词：梯度折射率透镜分类制备方法应用

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基于梯度折射率透镜的关节镜光学系统设计

应用光学 2012年第5期33卷 944-948页

作者：吴琼向阳侯利杰陶雪孙铭礁长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/10"CCD关节内窥镜成像。系统具有60°视场角,F数为6,工作距离... 详细信息

关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/10"CCD关节内窥镜成像。系统具有60°视场角,F数为6,工作距离从∞～5mm,各视场的调制传递函数(MTF)在125lp/mm时达到0.2以上,分辨率达到4μm,且各组态点列图均小于艾里斑半径。光学结构总长204mm,最大镜头口径小于4.6mm,根据关节镜的使用特点,系统满足使用要求。

关键词：关节镜梯度折射率透镜光学设计

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梯度折射率透镜的设计和应用

激光与光电子学进展 1994年第9期 28+10-28+10页

梯度折射率透镜的设计和应用具有梯度折射率的玻璃ｆ／３透镜可能立即列入产品目录作为商品出售，为设计人员和工程师提供一种具有各种可能应用的光学元件。美国光路技术公司已演示这种元件作为幻灯机透镜部件的应用。正在研究它在高功... 详细信息

梯度折射率透镜的设计和应用具有梯度折射率的玻璃ｆ／３透镜可能立即列入产品目录作为商品出售，为设计人员和工程师提供一种具有各种可能应用的光学元件。美国光路技术公司已演示这种元件作为幻灯机透镜部件的应用。正在研究它在高功率激光聚焦和需要微小球差方面的应用...

关键词：梯度折射率透镜光路光学元件光学部件折射率梯度幻灯机放映机球差高功率激光强激光

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基于梯度折射率透镜的关节镜光学系统设计

基于梯度折射率透镜的关节镜光学系统设计

作者：吴琼长春理工大学

学位级别：硕士

关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。本文利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/6”CCD关节内窥镜成像。系统具有60°视场角,F数为6,各视... 详细信息

关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。本文利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/6”CCD关节内窥镜成像。系统具有60°视场角,F数为6,各视场的调制传递函数(MTF)在100lp/mm时达到0.2以上,分辨率在0.01mm以上,且各组态点列图小于或接近艾里斑半径。光学结构总长204mm,最大镜头口径小于4.6mm,根据关节镜的使用特点,本系统满足使用要求。文中首先对关节镜进行总体介绍,接下来对梯度折射率光学进行研究分析。重点阐述了用一片梯度折射率透镜代替传统关节镜中的三片式反远距物镜的关节镜光学系统设计过程,并进行像质评价,最后对梯度折射率透镜的局限性进行一定的考虑。

关键词：关节镜梯度折射率透镜内窥系统光学设计

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基于梯度折射率透镜的工业内窥镜设计

基于梯度折射率透镜的工业内窥镜设计

作者：张璐长春理工大学

学位级别：硕士

梯度折射率光学亦称非均匀介质光学,梯度折射率介质亦称为非均匀介质或变折射率介质或者渐变折射率介质,其介质内的折射率是按某种规律变化的。因此,英文称作Gradient Index(Grin)。梯度折射率材料的使用,使得光学系统得以简化,同时也... 详细信息

梯度折射率光学亦称非均匀介质光学,梯度折射率介质亦称为非均匀介质或变折射率介质或者渐变折射率介质,其介质内的折射率是按某种规律变化的。因此,英文称作Gradient Index(Grin)。梯度折射率材料的使用,使得光学系统得以简化,同时也减小了体积、重量和光能损失。梯度折射率透镜的独特性能,可以用于显微系统增大其景深。随着工业技术不断的发展,工业管道及设备日益增多。为保证工业管道的正常使用和各种设备的安全运行要经常对其检测维修,而工业内窥镜的出现,正解决了受工作环境影响无法直接对工业管道进行内部检测维修的难题。本文设计的工业内窥镜是由梯度折射率透镜、显微物镜、转像透镜和接收装置共同组成的特殊光学系统。显微物镜的倍率越大其测试精度就越大,但是景深就越小。设计中利用由梯度折射率透镜的光传播的正弦曲线特性导致梯度折射率透镜具有较大景深的独特性能,使梯度折射率透镜的焦深与显微物镜的景深相匹配,扩大了光学系统的景深,满足了对工业管道测试的大景深要求。针对工业管道的测试要求设计一个4倍显微物镜,显微物镜的几何景深为0.018mm,在此物镜前加一梯度折射率透镜,其几何景深为1.75mm,增大了约100倍。物理景深原为0.055mm,加梯度折射率透镜后变为5.5mm,增大了100倍,总景深约为原景深的200倍。从而扩大了工业内窥镜的测试范围,并且可以准确清晰地观察管道内表面不同部位的情况。设计后所有视场的最佳像点形成一条近似球面的曲线,故可测试的最佳表面为球面。利用此特点可以将其应用于工业管道内球形表面的测试。

关键词：工业内窥镜梯度折射率透镜光学设计