1 烟台大学 物理与电子信息学院，山东 烟台 264005
2 哈尔滨工业大学(威海) 信息科学与工程学院，山东 威海 264209
3 军事科学系统工程研究院，北京 102300
为了提升激光无线能量传输系统光能传输效率，避免使用准直镜头导致在数百米距离处接收端光斑边界模糊和照度均匀性差现象的发生，开展了基于共轭成像原理的可调焦发射光学系统研制。首先理论分析了准直法和共轭成像法的设计原理，然后针对光纤输出的808 nm半导体激光光源，采用共轭成像法设计了焦距550 mm、口径260 mm的发射光学系统，通过光纤端面的移动实现调焦设计，分析了不同调焦距离下光纤端面的移动量，并与准直法设计结果调焦后对比，在200 m~1 km处的波像差明显较小。利用Lighttools软件模拟对比了调焦前后的照射光斑，验证了调焦的作用。模拟结果显示，通过对基于共轭成像原理设计的发射光学系统增加调焦机构，可在不同距离处得到清晰的光斑边界。最后对激光发射光学系统进行了加工，经测试，波像差RMS为0.092λ(λ=632.8 nm)。结果表明：激光无线能量传输系统使用基于共轭成像原理设计的可调焦发射光学系统可获得边界清晰、更加均匀的照明光斑。
激光无线传能 发射光学系统 共轭 调焦 laser wireless power transmission emission optical system conjugate focusing 红外与激光工程
2023, 52(9): 20230115
1 武汉工程大学 光电子系统技术研究所, 湖北 武汉 430205
2 武汉工程大学 理学院, 湖北 武汉 430205
发射光学系统对近地层紫外通信系统的性能提高具有重要作用, 为此设计一种适用于近地层紫外通信的发射光学系统。通过分析、比较, 该系统采用卡塞格林结构形式, 主镜为抛物面, 次镜为双曲面, 在中紫外265 nm～270 nm、环境温度-60℃～60℃下工作。经过优化设计, 结果为: 系统焦距450 mm, 系统总长200 mm, 发射角2°, MTF值大于0.31, 工作温度稳定性良好。
近地层 紫外通信 卡塞格林结构 发射光学系统 设计 surface layer UV communication Cassegrain structure emission optical system design
1 国防科技大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
2 西北核技术研究所, 西安 710024
基于较简单的物理模型和矩阵光学方法, 推导了激光发射光学系统发射平面波、球面波和高斯光束的调焦公式, 并计算分析三种波的聚焦特性: 平面波调焦时, 随着调焦量绝对值减小, 聚焦距离增大, 当调焦量靠近零时, 聚焦距离增加的速度较快; 球面波调焦时, 存在聚焦距离为无穷大的准直发射状态, 若调焦量逾越该状态对应的值后, 则发射光束成为发散光束, 同时, 随着入射球面波的曲率中心距次镜的距离增大时, 准直发射状态对应的调焦量右移趋近于零; 高斯光束调焦时, 在相同调焦量下, 高斯光束的束腰位置与平面波焦点位置在远距离上存在明显的差距, 可以通过增加入射高斯光束的束腰宽度、增加激光发射光学系统的扩束比、选用波长更短的光束来减小这种差距。
矩阵光学方法 发射光学系统 平面波 球面波 高斯光束 matrix optics method optical transmitting system plane wave spherical wave Gaussian beam
国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南,长沙,410073
以发射光学系统为研究对象,假设面形误差为高斯平稳随机过程,建立了光学面形误差均方根梯度(GRMS)与远场靶面上环围能量比(EE)之间的数学关系模型,进行了仿真分析并对实际面形数据做了验证.研究表明,环围能量比随GRMS的增加呈指数衰减;同时面形误差低频和高频部分分别形成远场光强分布的中心核和边缘.在GRMS≤7nm/mm时,理论计算与仿真结果非常吻合.与实际分析结果的比较表明,该数学关系模型是正确的,能够用来分析GRMS对EE的影响.
发射光学系统 面形误差 环围能量 位相误差 均方根梯度
