1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130031
2 中国科学院大学，北京 100049
在空间激光通信实际应用过程中，受到对准误差的影响，单模光纤耦合效率低，需要对其进行精确校正。在理想条件下，首先分析不存在对准误差及其他影响因素时平面波-单模光纤耦合效率及高斯光-单模光纤耦合效率模型，然后分别研究了光纤横向偏移和纵向偏移两种对准误差对单模光纤耦合效率的影响。在此基础上，提出了一种基于多平面光转换（MPLC）技术提高单模光纤耦合效率的方法，数值仿真了使用MPLC将平面波转化为高斯光前后及校正对准误差前后耦合效率的变化情况。仿真结果表明：使用MPLC将平面波转换为与高斯光高度相似的光束后，耦合效率会比平面波直接耦合进入单模光纤提高18.54%；使用MPLC分别校正横向偏移和纵向偏移后，耦合效率均提升至99%以上。该方法突破了空间光与单模光模式不匹配的限制，可以有效校正对准偏移误差，对于提高空间光到单模光纤的耦合效率具有一定的理论意义。
光通信 单模光纤耦合效率 对准误差 多平面光转换 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0906008
1 长春理工大学 空间光电技术吉林省重点实验室，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 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
目前对于超分辨成像技术的研究主要集中在超分辨重建算法方面，光学系统本身的装调误差对超分辨成像结果的影响尚未见报道。针对这一问题，开展了装调误差对超分辨成像影响的研究，建立了基于数字微镜器件(DMD)的超分辨成像光学系统的基本成像模型，设计了一个工作波段为8~12 μm的DMD超分辨成像光学系统，提出了装调误差对超分辨成像质量影响的分析方法。在成像模型中分别引入适当的偏心、倾斜、镜片间隔误差、离焦等装调误差，对超分辨重建结果进行仿真分析，得出了该超分辨成像光学系统装调时的公差范围：该系统在加工装调时X方向总体偏心误差控制在±0.07 mm以内，Y方向总体偏心误差控制在±0.05 mm以内，X方向和Y方向的总体倾斜误差控制在±0.06°以内，总体镜片间隔误差控制在±0.02 mm以内，成像物镜的离焦量控制在±0.04 mm以内，投影物镜的离焦量控制在±0.05 mm以内，在此范围内超分辨成像光学系统可以保证超分辨成像的质量。
装调误差容限 超分辨成像 光学设计 数字微镜器件 alignment error tolerance super-resolution imaging optical design digital micro-mirror device
1 苏州科技大学物理科学与技术学院, 江苏 苏州 215009
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
3 苏州慧利仪器有限责任公司, 江苏 苏州 215123
为了实现对离轴椭圆柱面镜面形的高精度检测,提出一种无像差点法和计算全息法相结合的混合式干涉测量方法。针对离轴椭圆柱面镜的特殊面形,将由平面镜与计算全息图(CGH)高度集合而成的标准柱面镜(TC)的出射柱面波作为检测光,并将光轴移至入射一侧的椭圆焦点与离轴椭圆柱面镜中心的连线方向,以减少测量光路的相对口径。再利用椭圆的一对无像差共轭点,实现干涉测量。将离轴椭圆柱面镜作为光轴上具有6个自由度的空间刚体,推导出误差分离矩阵。从波像差理论出发,推算出调整量引起的调整误差的各部分参数,确定了干涉测量方法中的调整量。实验结果表明,该测量方法可以有效地实现离轴椭圆柱面镜形貌的测量,利用误差分离矩阵可以推导出调整误差参数,便于进一步的系统误差分析与校正。
测量 非球面 光学检测 干涉测量 调整误差 光学学报
2021, 41(20): 2012004
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
点衍射干涉仪中小孔的对准情况直接决定小孔衍射光斑的形状及位置，也影响着后续光路的布置。基于瑞利-索末菲衍射理论，对非对准高斯光束入射下的小孔衍射光强分布进行了研究，给出了平移、离焦、倾斜三种对准误差下的光强分布解析表达式，分析得出了不同直径小孔在不同对准误差下的衍射光强分布情况。研究表明：平移对准误差会使衍射光斑形状发生变化，但对衍射光斑中心的位置没有影响，随着平移对准误差的增大，沿平移方向的第一暗环呈月牙状并逐渐消失；离焦对准误差对衍射光斑的位置和形状均无明显影响，但衍射光强值会随着离焦量的增加而减小；倾斜对准误差会使衍射光斑中心位置发生偏移，但衍射光斑的形状不会发生变化，并且偏移方向与斜入射方向一致，偏移量与倾斜角之间呈线性关系。
衍射 点衍射 衍射光强 对准误差 干涉测量 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1905001
通过对光纤耦合条件的理论分析,设计了扩束型光纤连接器的光学系统,并在ZEMAX软件的混合模式下实现仿真。定量分析准直镜和聚焦镜产生的对准误差所引起的光束质量和耦合效率的变化。模拟结果表明,准直镜和聚焦镜存在偏心或倾斜误差且在允许范围内,可调整两透镜的位置补偿像差和光轴偏移以确保光束质量和耦合效率达标,并对模拟结果进行实验验证。再模拟光纤连接器在不同直径时的对准误差允许范围,并推导对准误差补偿公式。在扩束型光纤连接器的设计和装调过程中,计算对准误差补偿公式,由于准直镜失调产生的对准误差可通过聚焦镜进行补偿,既增加设计精度又简化装调过程。最后根据对准误差分析结果,自行设计并制造12 kW@600 μm的扩束型光纤连接器。
光学设计 光纤连接器 ZEMAX 对准误差 耦合效率 光束质量 激光与光电子学进展
2020, 57(15): 152201
华中光电技术研究所－武汉光电国家研究中心，湖北武汉430223
激光陀螺合光系统的作用是将陀螺角速度变化的频差信息转化为可直接测量的干涉条纹信息，合光系统加工及装配误差将直接影响干涉条纹信号，影响最终陀螺频差解算精度。建立了激光陀螺合光系统误差模型，分析了合光光束夹角与合光后信号强度及相位差间的关系，结合探测器参数确定了最优的合光光束夹角，并分析了合光棱镜加工误差及装调误差与合光夹角间的关系。仿真分析结果对激光陀螺中合光棱镜的设计及装调具有理论指导意义。
激光陀螺 合光系统 合光相位差 装调误差 干涉条纹 ring laser gyro beam merging system beam merging phase difference alignment error interference fringe
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 吉林大学 计算机科学与技术学院, 长春 130012
仿生复眼系统是一种多子眼拼接的大视场高分辨率成像系统, 由一级同心物镜和二级子眼镜头阵列组成。为实现大视场无缝隙拼接成像, 必须严格保证所有子眼镜头的光轴与同心物镜球心的对准误差在光学设计允许的公差范围内。首先, 基于PSM(point source microscope)定位仪的自准直原理确定PSM的基准参考零位, 然后通过转接器将PSM分别固定在所有子眼镜头安装孔中, 计算经同心物镜反射后像点质心位置与子眼安装孔轴线对准误差的几何关系式, 最后用Lighttools软件仿真检测光路并对所有安装孔对准误差进行检测。实验结果表明: 所有安装孔轴线与同心物镜球心的对准误差均小于30 μm。满足光学设计中子眼镜头光轴与同心物镜球心对准误差小于50 μm的公差要求, 从而保证了仿生复眼成像系统大视场高分辨率无缝拼接影像的获取。
仿生复眼 大视场 高分辨率 自准直 对准误差 bionic compound eye large-field high-resolution auto-collimation alignment error
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
建立了包含1/2波片(HWP)和1/4波片(QWP)快轴装调误差的Stokes矢量测量误差方程。分析了波片快轴的装调误差对7种典型基态入射光的Stokes矢量测量精度的影响,推导了任意入射光Stokes矢量测量误差的表征方法。仿真结果表明,偏振度越大,偏振测量误差越大,选取入射光偏振度为1时的偏振测量精度评估系统性能。提出了一种波片快轴装调误差的优化方法,当测量矩阵的条件数小于1.84时,选取0.772/0.228的分束比可使波片快轴装调误差对系统偏振测量精度的影响最小。为满足2%的偏振测量精度,HWP的快轴装调误差应在±0.15°内,QWP的快轴装调误差应在±0.52°内。
测量 偏振 波片装调误差 邦加球 分束比 Stokes矢量
1 中国科学院光电研究院， 北京 100094
2 北京市准分子激光工程技术研究中心， 北京 100094
3 中国科学院大学， 北京 100094
线宽压窄模块是光刻用准分子激光器的重要组成部分。线宽压窄模块中棱镜组及光栅的装配角度直接影响系统输出特性。为了进一步改进准分子激光器线宽压窄模块工程化安装与调试工艺，研究了棱镜扩束器中棱镜角度偏差对系统线宽及能量的影响。通过理论推导及实验验证，分析了单个棱镜角度偏转对准分子激光系统线宽及能量的影响，确定了每个棱镜的装调误差；实验结果与理论分析结果基本符合。根据确定的装调误差优化设计线宽压窄模块的装调方法，对模块的光谱控制工程化具有一定的指导意义。
激光器 准分子激光器 窄线宽 棱镜扩束器 装调误差
1 上海航天控制技术研究所, 上海 200233
2 中国航天科技集团公司红外探测技术研发中心, 上海 200233
3 上海应用技术大学 计算机科学与信息工程学院, 上海 201418
星敏感器标定是基于更高精度的测量基准对光学系统内方位元素进行建模与最优化解算的过程。针对大视场星敏感器光学系统误差分布非理想轴对称的实际情况, 提出了一种采用视场网状分区域建模的内方位元素最优化解算方法。首先, 在补偿了星敏感器与标定系统初始对准误差后, 基于针孔模型计算主点和焦距; 然后, 在视场分区域建模思想的指导下, 采用多项式拟合结合双线性插值的方法修正畸变; 最后, 提出了基于测角误差的标定精度评价准则。经实验室标定与外场观星验证, x轴与y轴标定残差较全局建模法分别降低了35%和20%, 证明了该方法的有效性。
大视场星敏感器 分区域校正 双线性插值 测角误差 初始对准误差 star tracker with large field of view zone-division calibration bilinear interpolation measurement angle error initial alignment error 红外与激光工程
2017, 46(10): 1017006
