强激光与粒子束
2021, 33(8): 081007
1 川北医学院 医学影像学院, 南充 637000
2 川北医学院 基础医学院, 南充 637000
为了研究空心光束在非Kolmogorov湍流传输路径上的区域范围与各参量之间的关系及不同区域内光束的扩展情况, 采用广义惠更斯-菲涅耳原理推导了空心光束传输于非Kolmogorov湍流中的二阶矩宽度、瑞利区间及湍流距离的解析式, 并利用湍流距离把传输路径分割为3个区域进行数值分析。结果表明, 区域Ⅰ、区域Ⅱ的长度及区域Ⅲ的起始点都随湍流广义指数α的增大而先减小再增大（当α=3.11时出现一个极小值）, 且随遮拦比η和光束阶数M(及N)的增大而增大; M(及N)取值较小时（M(及N)<3）, 湍流在瑞利区间内对光束扩展造成的影响不能忽略, M(及N)和η越大, 越容易忽略湍流在瑞利区间内对光束扩展所构成的影响; 光束在传输路径上依次进入区域Ⅰ、区域Ⅱ及区域Ⅲ,其光束扩展逐渐变得更加剧烈, 且随着M(及N)和η的增加, 区域Ⅱ长度和区域Ⅲ的起始点相较于区域Ⅰ的长度增加更为显著。该研究结果为空心光束传输于湍流中的相关应用提供了参考。
大气光学 非Kolmogorov湍流 湍流距离 空心光束 遮拦比 atmospheric optics non-Kolmogorov turbulence turbulence distance hollow beams obscure ratio
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
2 中国工程物理研究院, 四川 绵阳 621999
针对高功率大遮拦比窄环薄管激光的环域像差校正需求,提出一种基于新型环形边缘驱动变形镜的环域像差校正方法。利用环形边缘驱动变形镜构建自适应光学闭环控制系统,以实现对高功率大遮拦比窄环薄管激光波前的校正。使用新型的环形边缘驱动变形镜来验证所提方法对单一环域低阶像差的校正能力,并分析其对大遮拦比薄管激光的校正效果。实验结果表明,所提的环域像差校正方法能够有效校正大遮拦比窄环薄管激光的波前畸变,显著提高光束质量。
激光光学 自适应光学 环域像差 环形边缘驱动变形镜 大遮拦比环形光束
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间三部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
随着天文探测水平的提高,偏振像差对天文望远镜成像质量的影响逐渐凸显。基于偏振光线追迹,分析了一种用于探测宇宙弱引力透镜效应的无遮拦离轴天文望远镜的偏振像差,得到了该望远镜的琼斯瞳、振幅响应矩阵以及望远镜中各个反射镜的二向衰减和相位延迟分布特性。计算发现偏振像差会影响该望远镜的成像对比度,同时还会改变其点扩展函数的空间分布。计算了偏振像差对望远镜光学椭率的影响,结果表明偏振像差会导致该望远镜光学椭率在全视场范围内发生不同程度的变化,最大改变量为7.5×10 -3,平均改变量为2.7×10 -3。在视场[-0.0487°,0.155°]附近,偏振像差使得该望远镜光学椭率最大插值误差由1.2×10 -4增大为1.1×10 -3。本文研究结果表明,对于探测弱引力透镜效应等要求超高成像质量的天文望远镜,偏振像差不可忽略,需要进行优化设计。
成像系统 无遮拦离轴天文望远镜 偏振像差 光学椭率 点扩展函数 弱引力透镜效应
1 苏州大学 物理与光电·能源学部 教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
2 苏州大学 物理与光电·能源学部 江苏省先进光学制造技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
3 北京空间机电研究所, 北京 100076
4 航天东方红卫星有限公司, 北京100094
低成本、高性能对地遥感微纳卫星是当前研究和开发的热点, 为适应微纳卫星平台, 要求空间相机具备小型、轻量化的特点。在其体积和质量的限制下, 设计结构尽可能紧凑的长焦距大视场望远物镜是成功研制高分辨率对地遥感光学相机的关键, 研究利用同轴四反射镜系统解决这一问题的可能性。首先, 介绍无二次遮拦同轴四反射镜望远物镜的组成与工作原理; 基于近轴光学和初级像差理论, 导出几何约束条件和初级像差公式, 给出结构紧凑的长焦距同轴四反镜系统的设计思想与方法; 最后给出举例及设计结果。优化设计了全视场角1°×1°、有效焦距2 100 mm、F数为7的同轴四反射光学系统, 总长228 mm, 约为有效焦距的1/9,结构简单紧凑, 像质接近衍射极限。
光学设计 对地遥感相机 长焦距 同轴四反射望远物镜 无二次遮拦 optical design remote sensing camera long focal length on-axis four-mirror system without secondary obscuration 红外与激光工程
2019, 48(1): 0118002
1 中国科学院自适应光学重点实验室，成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室，成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
自适应光学系统在高分辨力成像望远镜中发挥了重要作用。自适应光学系统对于望远镜系统中的低阶像差几乎可以完全校正，但是会牺牲变形镜的校正行程量；对于中高阶像差，自适应光学系统不能完全校正，如何减小高阶残余误差是望远镜系统设计需要考虑的问题之一。本文首先分析了望远镜光学结构中的主镜结构、次镜遮拦、次镜支撑筋、主次镜装调和光学加工等静态和准静态像差情况，然后分析了这些因素如何影响自适应光学校正能力，最后给出了对望远镜光学结构的要求。
自适应光学 光学结构 高阶像差 次镜支撑筋遮拦 adaptive optics optical structure high aberration secondary mirror support bars
1 长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
提出一种增加轴锥镜对的同轴反射式光学结构激光发射天线方案, 通过对入射光束的光强重新排布, 降低同轴反射式结构固有的中心遮拦造成的能量损失, 提高光能利用率.运用衍射光学原理分析并模拟了单色高斯光束经过轴锥镜对后传播至天线光阑平面处的光场分布, 比较了普通同轴反射式天线和高光能利用率天线在不同入射光束腰半径、不同线遮拦比下的发射光能利用率.结果表明: 高光能利用率天线在线遮拦比0.1和0.25的情况下, 通过合理调整入射光束腰大小, 光能利用率分别可达到99%和96%以上, 远高于传统的同轴反射式天线.分析了高光能利用率天线发射光束的远场光强分布, 发现其进入接收天线口径内的光场可近似为平顶分布.
激光通信 高光能利用率 衍射光学 光学天线 轴锥镜 激光传播 遮拦比 Laser communication High light-energy-utilization-ratio Diffractive optics Antenna axicon Laser propagation Obscuration ratio
中国船舶重工集团公司第718研究所, 河北 邯郸 056027
提出了一种利用非球面镜对圆环形光束进行非线性整形的方法，该方法利用两个高次非球面镜片小角度放置组成光束变换光路，能够在几乎不损失功率的情况下灵活调整环形光束的遮拦比和强度分布，也能够实现空心光束和实心光束的相互转换，且镜片加工难度低。实验结果表明，利用该方法搭建的光路与理论分析结果吻合较好，能够较好地对光束进行非线性整形。
非球面镜 非线性 光束整形 遮拦比 激光束 aspherical mirror nonlinear beam shaping obscuration ratio laser beam 强激光与粒子束
2017, 29(5): 051004
1 苏州大学物理与光电·能源学部, 江苏 苏州 215006
2 江苏省现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
随着Skysat-1卫星的成功发射，高分辨率视频相机是目前竞相开发的卫星有效载荷。为降低成本、适应小卫星平台，亟需设计与研制体积小、重量轻、易实现、能对面视场成像的长焦距光学系统。研究与设计了适于面视场成像的全视场同轴三反望远物镜，解决其固有的二次遮拦和像面引出困难等问题。由近轴几何光学理论，导出消除二次遮拦的条件和系统总长与三镜中继成像倍率的关系，讨论并得到合理的三镜中继成像倍率等参数。利用出瞳附近处的平面镜，无遮拦地引出像平面，同时用平面镜组折叠光路，减小系统总长。给出了确定初始结构参数的方法与结果，优化设计得到了有效焦距、视场角、F数分别为10 m、1.1°×1°、14.3的无二次遮拦光学系统，其总长约为有效焦距的1/8，成像质量接近衍射极限。
光学设计 星载视频相机 同轴三反望远物镜 二次遮拦
