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 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 鞍山师范学院物理科学与技术学院, 辽宁 鞍山 114007
设计了一种金属三角肋和增益介质三角肋完全对称并带有圆柱形空气缝隙的新型混合等离子体波导结构。采用COMSOL Multiphysics软件,分别仿真了波导的二维和三维耦合电场分布模型,并基于有限元法分析了波导的模式特性。研究结果表明:当工作波长为1550 nm时,设计的波导结构具有很强的光场约束能力、超长的传输距离、超低的传输损耗和增益阈值。对波导的结构参数进行了优化,当波导的有效模场面积达到0.0022λ2时,波导的传输距离能够达到69805 nm,传输损耗低至0.0017;基于此波导的激光器也具有很低的增益阈值,为49.3 cm -1。最后研究了实际制备过程中可能出现的制作误差对波导性能的影响,并分析得出此波导结构对制作误差具有较高的容忍度。与同类型带有空气缝隙的波导结构相比,此波导的综合性能更优,在各种集成纳米光子设备中具有很大的应用潜力。
光电子学 等离子体激元 混合表面等离子体波导 有限元法 模式特性 制作误差容忍度
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
针对Mirau型干涉显微物镜中干涉平板的装配误差问题,建立了参考板倾斜时的干涉光强表征模型,通过对光瞳面内测试光束和参考光束的分割,求解参考板倾斜时干涉光强的积分表达形式,通过数值计算定量分析参考板倾斜度对干涉条纹包络、对比度的影响,并采用宽带光八步移相算法进行三维形貌复原,据此确定参考板倾斜误差的容限。设计了50×Mirau型干涉显微物镜的参考板倾斜验证结构,通过实验测量了标准台阶板,验证了仿真分析模型的准确性,确定了50×干涉显微物镜中参考板倾斜误差容限为1.5°。
显微 干涉显微物镜 色散 倾斜 装配误差 误差容限
1 中国科学院光电研究院 计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继, 可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理, 从调制度定义出发, 计算得到准单色光源的复相干度, 找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后, 由像点逆光路追迹给出MWP的厚度计算公式, 代入调制度约束参数得到不同参量的误差容限。通过FRED记录不同视场扩展情况的灰度与辐照度, 结果显示, 调制度为0.9时, 视场与理论估算值1.24°基本相符; 不同剪切量的灰度与辐照度变化特性表明, 结构角会使定域垂直系统光轴的入射角发生变化, 与晶轴倾角共同影响双折射率差; 2.5和8μm像元探测采样表现出调制度差异, 描述了定域深度或离焦的影响。以准单色光源、复相干度表示调制度, 可将不同影响因素统一至约束参数中, 相关变量误差容限可作为MWPFTS的设计依据。
改型Wollaston棱镜 干涉调制度 复相干度 误差容限 modified Wollaston prism interference modulation complex coherence degree error tolerance
1 中国科学院光电研究院 计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继, 可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理, 从调制度定义出发, 计算得到准单色光源的复相干度, 找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后, 由像点逆光路追迹给出MWP的厚度计算公式, 代入调制度约束参数得到不同参量的误差容限。通过FRED记录不同视场扩展情况的灰度与辐照度, 结果显示, 调制度为0.9时, 视场与理论估算值1.24°基本相符; 不同剪切量的灰度与辐照度变化特性表明, 结构角会使定域垂直系统光轴的入射角发生变化, 与晶轴倾角共同影响双折射率差; 2.5和8μm像元探测采样表现出调制度差异, 描述了定域深度或离焦的影响。以准单色光源、复相干度表示调制度, 可将不同影响因素统一至约束参数中, 相关变量误差容限可作为MWP-FTS的设计依据。
改型Wollaston棱镜 干涉调制度 复相干度 误差容限 modified Wollaston prism interference modulation complex coherence degree error tolerance
中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119
相位补偿器是偏振干涉仪的核心部件, 其稳定性直接影响偏振干涉光谱仪的可靠性.本文分析了相位补偿器的光程差相对灵敏度、光楔倾斜误差、斜入射角误差和温度适应性等指标, 并给出相应的误差容限计算公式.研究表明：相位补偿器移动光楔沿运动方向的抗干扰能力是经典迈克尔逊干涉仪的2/Δnsin θ倍, 抗倾斜能力是经典迈克尔逊干涉仪的1.75/Δn倍;当入射光以微量倾斜误差入射后, 相位补偿器不会产生额外的附加光程差; ―20～85℃范围内的温度变化对相位补偿器产生的最大光程差误差为1.8 μm, 具有很高的热稳定性; 当光楔角为30°时, 干涉仪在性能、尺寸和成本之间达到均衡; 晶体材料的双折射率差通常远小于1, 偏振干涉的稳定性更加明显.本研究为相位补偿器在更为复杂的环境中的应用奠定了基础.
相位补偿器 稳定性 偏振干涉 光谱仪 近红外光谱 误差容限 Phase compensator Stability Polarized Interference Spectroscopy Near-infrared Spectrum Error tolerance
1 中国科学院 电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
利用分立激光器合成大带宽线性调频步进信号(FSCS)激光信号源以实现高分辨测距。依据FSCS信号测距原理，数值计算了激光器各参数对合成FSCS信号的影响及其误差容限。计算表明，在各激光器参数误差中，起始频率和起始时间误差是引起合成FSCS信号测距分辨力恶化的最主要因素。另外，利用一台中心波长1550 nm、线宽为150 kHz的线性调波长激光器，通过光学斩波方式，模拟产生了合成FSCS信号，进行了高分辨力的测距演示。理论分析与实验结果表明，采用分立激光器合成高分辨力测距FSCS信号是可行的。
激光雷达 线性调频步进信号 高分辨力测距 误差容限 ladar frequency-stepped chirp signal high resolution ranging error tolerance 强激光与粒子束
2014, 26(10): 101016
1 解放军信息工程大学地理空间信息学院, 河南 郑州 450002
2 61618部队, 北京 102102
3 61175部队, 南京 210049
相位误差的存在严重降低了光学合成孔径系统的成像质量。针对活塞误差和倾斜误差的不同特性，设计对应的量化指标，并以维纳滤波进行复原，利用相关系数进行评价。统计结果表明，只有活塞误差均值小于0.06λ，倾斜误差均值小于16 μrad时，才能保证相关系数大于0.98，近似实现无损复原。在此基础上，通过旋转阵列获取频谱不同的多帧图像共同参与复原，以减小或消除相位误差的影响。比较不同旋转角度和次数情况下的复原结果，最终确定最优方案。实验结果表明，该方法与直接成像相比，可以显著提高含相差系统的图像复原质量，而且将两种相位误差容限分别提高到0.12λ和35 μrad，降低了对光学设计和相差校正的精度要求。
成像系统 光学合成孔径 相位误差 旋转阵列 相关系数 误差容限
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重点实验室， 吉林 长春 130033
波前编码技术(WCT)是一种“光学数字”一体化的成像技术，其基本特性是可以有效扩大光学系统的焦深，并控制离焦以及与离焦有关的像差。另外一个显著特点是可以扩大系统的误差容限，即放松系统的公差分配。为评价波前编码技术对系统位置公差分配的影响，定义了传函相似度的新概念，并给出了传统系统与波前编码系统、波前编码系统在原位置公差分配和新位置公差分配条件下的传函相似度对比，根据一定的判据定量给出应用波前编码的离轴三反系统的位置公差，定量验证了波前编码技术的应用。
光学设计 波前编码 公差分配 传函相似度 残余误差 中国激光
2011, 38(s1): s116006
1 清华大学工程物理系,北京 100084
2 中国工程物理研究院激光聚变中心,四川 绵阳 621900
建立一个能分析拼接光栅的拼接误差效应的数学模型。利用傅里叶光学方法,分析横截面为圆的啁啾高斯光束通过失调的拼接光栅对压缩池(每个压缩光栅都由四个子光栅拼接而成)以及理想透镜的物理过程,得到焦平面上光场的积分表达式(对于光束口径)。利用该模型通过数值模拟详细分析了几种误差对于焦斑强度分布的影响。结果表明,在要求远场焦斑的施特雷尔比大于0.9的条件下系统的各种拼接误差需要满足：横向平移型误差Δx-nd
衍射光学 误差容际 傅里叶光学 拼接光栅对压缩池 相干叠加
