安其昌 1,2,3,*吴小霞 1,2,3唐境 1,2,3李洪文 1,2,3
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30033
2 中国科学院大学,北京100039
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室,吉林长春100
为了更好地实现多镜面大视场主动光学望远镜波前像差抑制、提升望远镜探测能力极限,本文基于望远镜视场边缘内置的错位型曲率传感器进行波前感知,并利用功率谱对波前感知结果进行分析,进而基于波前像差的空间频率特征进行调控。首先,基于复光场理论分析了非瞳面对系统波前调控的影响机理。其次,分析了本方法在多镜面大视场主动光学望远镜调控过程中的精度特性。再次,利用桌面实验对多镜面大视场主动光学望远镜调控的可行性进行了验证。最终,波前重建结果与理论波前相关性高于0.85。利用功率谱对各个视场的空间频率特性进行了分析,与单纯使用均方根对多镜面影响敏感度进行分析的方法相比,灵敏度提升了20%。
曲率传感 波前像差 大视场主动光学 大口径望远镜 curvature sensing wavefront aberration active optics with large field of view large aperture telescope 
光学 精密工程
2024, 32(6): 785
安其昌 1,2,3,*吴小霞 1,2,3刘欣悦 1,2,3王勋 4李洪文 1,2,3
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 100039
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室, 吉林长春 130033
4 中国人民解放军95975部队, 甘肃 酒泉 735018
为了更好地对大口径分段望远镜进行集成检测与稳定性保持基准构建,本文提出一种大口径环形分段光学系统基准构建方法。首先,采用局部光瞳投射的方式实现光瞳对准映射;其次,利用微透镜阵列构建系统共焦空间基准;之后,基于环带整体调控模式,采用共焦与曲率半径联合分析,实现曲率半径与系统对准的共同调节;最后,利用白光干涉所形成的条纹包络进行粗共相探测,并利用通道光谱方法实现粗共相与精共相间的精度衔接,空间共焦基准定位精度优于125 μm,共相基准覆盖范围优于20 μm,精度优于0.5 μm,光谱基准不确定度优于5%。实现了不同时空特征扰动的分层次、多模态抑制,利用以上共基准原位测量新方法有效提升了光学系统原位计量检测精度并缩短了溯源链长度,增加了检测效率与准确度。
分段镜面 波前像差 共基准 大口径望远镜 segmented mirror wavefront aberration common reference large aperture telescope 
中国光学
2024, 17(2): 390
作者单位
摘要
1 莆田学院 机电与信息工程学院, 福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心, 福建 莆田 351100
太赫兹波具有高穿透性、低能性及指纹谱性等特征,被广泛应用于探测领域,因此,设计太赫兹波成像光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景。首先,以四块透镜构成的天塞物镜为参考结构,应用近轴光学系统像差理论构建系统像差平衡方程,给出了系统初始结构参数求解函数和方法,再结合光学设计软件进一步校正系统像差,最终设计了一种用于太赫兹波探测的大孔径光学成像系统。该光学系统由4块同轴折射透镜构成,焦距为70 mm,F数为1.4,全视场角为8°,在奈奎斯特频率10 lp/mm处全视场角范围内的调制传递函数(MTF)值均大于0.32,各视场内的弥散斑均方根(RMS)半径均小于艾里斑半径。最后对系统各种公差进行分析和讨论。设计结果表明,本文设计的太赫兹波探测光学成像系统具有孔径大、结构简单且紧凑、成像质量较好且加工性易于实现等特点,满足设计要求,它在太赫兹波段高分辨率探测领域具有重要应用价值。
光学系统设计 太赫兹波 大孔径 像差平衡 公差分析 optical system design terahertz wave large aperture aberration balance tolerance analysis 
中国光学
2024, 17(2): 374
孙倩 1,2沈振民 1,2杨颂 1,2王子豪 1,2[ ... ]郑永超 1,2
作者单位
摘要
1 北京空间机电研究所,北京 100094
2 中国空间技术研究院 空间激光信息感知技术核心专业实验室,北京 100094
3 华中科技大学 电子信息与通信学院,湖北 武汉 430074
4 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室,安徽 合肥 230026
海洋立体结构信息是未来实现海洋透明与海洋强国的基础,针对海洋剖面探测能力不足的问题,以及星载海洋剖面多要素同源同域一体化探测空白,开展星载海洋剖面多要素探测技术与系统方案研究,提出新型激光主被动复合、能谱复用探测技术体制,面向未来星载应用,完成星载海洋剖面多要素探测载荷系统设计。其中,激光器谱段设计为486、532 nm多波长一体化最佳配比输出,光电接收探测系统选用1 m×5 m超大口径可折叠光栅主镜,经过仿真分析,探测系统可实现大洋水深100 m深度、温度、盐度以及后向散射系数等多要素同源探测能力,同等体积包络条件下,能量收集能力提升5倍。
激光雷达 海洋剖面探测 主被动复合 大口径光栅 lidar ocean profile detection active and passive composite large aperture grating 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230466
魏锦洋 1,2李旭阳 1,2,*谭龙玉 3袁灏 1[ ... ]姚凯中 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学技术研究室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 上海航天控制技术研究所,上海 201109
为实现空间目标的探测与精确识别,设计了一种基于连续变焦结构兼顾大孔径和长焦距的探测成像一体化光学系统,实现了短焦大视场探测,长焦小视场成像的目的。系统采用里奇-克列基昂(RC)结构加校正镜与变焦结构通过光瞳匹配进行结合的方式,使用两片反射镜压缩光路,系统工作于450~850 nm的光谱范围内,焦距为700~3 500 mm;探测端焦距为700 mm,F数为2.5,视场角为0.5°×0.5°;成像端焦距为1 400~3 500 mm,F数为5~12.5,视场角为0.18°×0.18°。该系统具有探测能力强、成像质量佳、系统总长短、变焦凸轮曲线升角小等优点。
光学设计 连续变焦 大孔径 探测系统 成像系统 一体化系统 光瞳匹配 Optical design Continuous zoom Large aperture Detection system Imaging system Integrated system Pupil matching 
光子学报
2024, 53(1): 0122001
Yingli Ha 1,2,3†Yu Luo 1,2,3†Mingbo Pu 1,2,3,4,*Fei Zhang 1,2,3[ ... ]Xiangang Luo 1,2,3,4,**
Author Affiliations
Abstract
1 National Key Laboratory of Optical Field Manipulation Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 State Key Laboratory of Optical Technologies on Nano-Fabrication and Micro-Engineering, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 Research Center on Vector Optical Fields, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
4 School of Optoelectronics, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
5 Tianfu Xinglong Lake Laboratory, Chengdu 610299, China
Metalenses have gained significant attention and have been widely utilized in optical systems for focusing and imaging, owing to their lightweight, high-integration, and exceptional-flexibility capabilities. Traditional design methods neglect the coupling effect between adjacent meta-atoms, thus harming the practical performance of meta-devices. The existing physical/data-driven optimization algorithms can solve the above problems, but bring significant time costs or require a large number of data-sets. Here, we propose a physics-data-driven method employing an “intelligent optimizer” that enables us to adaptively modify the sizes of the meta-atom according to the sizes of its surrounding ones. The implementation of such a scheme effectively mitigates the undesired impact of local lattice coupling, and the proposed network model works well on thousands of data-sets with a validation loss of 3×10?3. Based on the “intelligent optimizer”, a 1-cm-diameter metalens is designed within 3 hours, and the experimental results show that the 1-mm-diameter metalens has a relative focusing efficiency of 93.4% (compared to the ideal focusing efficiency) and a Strehl ratio of 0.94. Compared to previous inverse design method, our method significantly boosts designing efficiency with five orders of magnitude reduction in time. More generally, it may set a new paradigm for devising large-aperture meta-devices.
intelligence method physics-data-driven method inverse design large-aperture metalenses 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(11): 230133
作者单位
摘要
西南技术物理研究所, 成都 610041
为了优化对大口径激光探测组件灵敏度、角度参数等特性的测量能力, 减小因高斯光束光强分布中间强、边缘弱的特点造成的测量值差异, 基于小口径非球面镜组光束整形及高倍率扩束技术, 设计了大口径均匀激光光束产生装置,提出了基于光强分布、非球面镜非球面度、光线光程差的综合优化整形方法。 结果表明, 设计的开普勒型非球面整形镜组非球面度小于20 μm, 工作束宽5 mm, 输出平顶光束均匀性为92.8%; 设计的40×高质量扩束系统, 与非球面镜组相匹配可实现2 m距离内150 mm口径均匀光束, 可获得优于94.2%的150 mm大口径均匀光束输出。该研究对激光测量与标定系统的工程化设计是有帮助的。
激光技术 平顶光束 大口径光束整形 均匀性 非球面镜组 laser technique flat-top beam large-aperture beam shaping energy uniformity aspheric lens 
激光技术
2023, 47(3): 340
作者单位
摘要
1 电子科技大学光电科学与工程学院,四川 成都 611731
2 华为技术有限公司,广东 深圳 518129
液晶透镜是一种无需机械移动,可电控调焦的光学透镜。报道了一种大口径液晶透镜,将液晶透镜分成多个菲涅耳旁瓣,在保证光焦度和响应速度的情况下,可以极大地提高了液晶透镜的口径。利用叉指电极方式连接并控制各个旁瓣,每个旁瓣的驱动电压相同,简化了驱动方式。本工作设计的菲涅耳液晶透镜直径达到了1 cm,光焦度由所加电压进行控制,变化范围为-1.62D~+1.57D,入射平面波经过该菲涅耳液晶透镜调制,波前接近抛物线分布,呈现出良好的光学特性,本工作将此透镜作为对焦元件在成像系统中进行演示。
自适应成像 菲涅耳液晶透镜 电控调焦 大口径 
激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1923002
韩文斌 1孙德辉 1,3,*王蒙 1李陈哲 1[ ... ]刘宏 1,2,**
作者单位
摘要
1 济南大学前沿交叉科学研究院,山东 济南 250022
2 山东大学晶体材料国家重点实验室,山东 济南 250100
3 山东恒元半导体科技有限公司,山东 济南 271100
高能强场太赫兹(THz)源在国土安全、通信雷达、生物医疗等领域有重要的应用价值。然而,一直以来THz源的辐射输出能量小、转化效率低,阻碍了强场THz前沿科学与应用研究的发展。基于铌酸锂倾斜波前技术,飞秒激光抽运铌酸锂晶体有望实现能量更高的极端强场THz输出。从材料角度阐述了铌酸锂强场THz源产出的研究进展,总结了强场THz源对铌酸锂晶体的性能要求:均匀掺镁铌酸锂、低浓度掺镁近化学计量比铌酸锂、大口径铌酸锂晶体。最后,介绍了近年来周期极化铌酸锂和铌酸锂单晶薄膜等微纳结构的调控在THz源领域的应用研究。
非线性光学 太赫兹波 铌酸锂晶体 强场太赫兹辐射 均匀掺镁 化学计量比 大口径 
中国激光
2023, 50(17): 1714003
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester, Rochester, NY, USA
2 Currently at Khiram Prototype Works LLC, Rochester, NY, USA
Transverse stimulated Raman scattering (TSRS) in potassium dihydrogen phosphate (KDP) and deuterated potassium dihydrogen phosphate (DKDP) plates for large-aperture, inertial confinement fusion (ICF)-class laser systems is a well-recognized limitation giving rise to parasitic energy conversion and laser-induced damage. The onset of TSRS is manifested in plates exposed to the ultraviolet section of the beam. TSRS amplification is a coherent process that grows exponentially and is distributed nonuniformly in the crystal and at the crystal surfaces. To understand the growth and spatial distribution of TSRS energy in various configurations, a modeling approach has been developed to simulate the operational conditions relevant to ICF-class laser systems. Specific aspects explored in this work include (i) the behavior of TSRS in large-aperture crystal plates suitable for third-harmonic generation and use as wave plates for polarization control in current-generation ICF-class laser system configurations; (ii) methods, and their limitations, of TSRS suppression and (iii) optimal geometries to guide future designs.
transverse stimulated Raman scattering large-aperture laser systems laser damage KDP DKDP 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(5): 05000e54

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