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 100049
随着搭载平台技术的不断进步，对成像光谱系统的尺寸提出了更高的要求，轻量化、小型化成为成像光谱仪的重要发展方向。针对上述问题，本文设计了一种具有轻小型化特点的自准直型短波红外高光谱成像系统。通过对系统矢量形式的理论推导，得到满足高光谱分辨率、小尺寸要求的自准直系统的初始结构，并逐步进行优化。同时，在狭缝处引入一块平面反射镜，对望远系统进行折叠，避免狭缝与探测器干涉，并进一步压缩系统的尺寸。最终设计的成像光谱仪工作波段为1610~1640 nm，F数优于3，在奈奎斯特频率为 20 lp/mm 时，调制传递函数（MTF）均优于0.8，全视场均方根半径（RMS）均小于7 μm，光谱分辨率均优于0.1 nm。光学系统尺寸优于460 mm×150 mm×150 mm。本文研究为短波红外波段高光谱探测成像光谱仪实现轻量化、小型化设计提供了一定的理论基础。
光学设计 成像光谱仪 自准直 轻小型
红外与激光工程
2022, 51(7): 20210715
中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置的核心器件是两套自由电子激光振荡器，能够产生覆盖2.5～200.0 μm波长范围的连续可调的中红外和远红外激光光谱。每套振荡器包括一个波荡器、一对由位姿可调的镀金球面反射镜和真空室构成的谐振腔以及三个POP-IN探测器。在准直过程中，需要保证波荡器磁中心、金属球面反射镜轴心和电子束流中心线达到很高的共轴精度以实现激光的饱和输出。为了实现对波荡器束流的监测，需要通过准直的手段保证反射镜的光可以通过三个由步进电机控制的POP-IN上的直径为1 mm的小孔。采用激光跟踪仪配合光电自准直仪，对谐振腔进行了准直，谐振腔反射镜的横向倾斜度小于50 μrad，横向离轴偏差小于0.1 mm。使用激光跟踪仪结合准直望远镜，实现三个POP-IN的工作点位置与电子束流中心线共轴，共轴精度为0.15 mm，并通过激光器搭建在线准直系统，将真空外准直激光照射到腔体内部以调节反射镜姿态。开展了离线标定实验和现场安装，红外自由电子激光装置的顺利出光证明所提方案是可行且可靠的。
测量 红外自由电子激光 谐振腔 准直安装 自准直仪 激光跟踪仪 中国激光
2022, 49(23): 2304003
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
调制传递函数（传函）测试是空间相机研制过程的重要环节，常规传函测试需要用到平行光管。自准直传函测试方法是一种不依赖于平行光管的系统传函测试方案。首先介绍了自准直传函测试系统的原理和搭建方案。其次对比了平行光管测试的过焦曲线和自准直传函测试的过焦曲线，发现该系统对焦面离焦敏感程度不亚于平行光管，得到该系统可以用于判定焦面位置正确性的结论。再次分析了自准直靶标条纹经过平面镜反射后偏转的现象，该现象将引入测试误差。给出了偏转角的数值计算公式和条纹偏转对传函值影响的计算公式。针对离轴系统对偏转角敏感的问题，给出自准直靶标的设计方法。利用该方法可以将靶标条纹偏转造成的传函测试误差降至可以忽略的量级。然后讨论了采用自准直传函测试方案时相机探测器与测试靶标的拼接，分析了探测器滤光片对焦面位置的影响，提出了探测器与靶标共焦面的设计及拼接方案。最后总结了该测试方法在某型号相机的实际应用，为自准直传函测试方法在后续系统的应用打下基础。
空间相机 自准直 传函测试 焦面位置 平面镜 靶标 space camera self-collimating MTF test focal plane position plane mirror target 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210610
1 西安交通大学 电信学部，电子与科学工程学院，电子陶瓷与器件教育部重点实验室,陕西 西安710049
2 中国科学院 福建物质结构研究所，福建 福州 350002
折射率是光学晶体的基本参数，准确测定晶体的折射率能够为晶体的电光、声光、非线性应用提供基本计算参数和实验参量。为了准确测定Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)晶体在可见光和近红外波段的折射率系数，搭建了激光自准直折射率测量系统，对纯铌酸锂晶体的折射率测试结果与现有文献报道误差小于1/1 000，使用该系统对沿<001>极化的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.39PbTiO3(PMN-0.39PT)单畴晶体进行了测定，得到了单畴的PMN-0.39PT晶体在波长分别为594 nm、633 nm、1 150 nm和1 520 nm时的折射率和色散方程，测量结果与现有文献规律性一致。结果表明该方法可用于准确快速测定新型电光晶体折射率。
激光自准直法 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)单晶 折射率测量 laser autocollimation PMN-PT single crystal refractive index measurement
1 华南理工大学广东省光电工程技术研究开发中心， 物理与光电学院， 广东 广州 510640
2 广东省宽禁带半导体芯片及应用工程技术研究中心， 中山市华南理工大学现代产业技术研究院， 广东 中山 528437
设计了一种基于二维光子晶体自准直效应和光子禁带特性的新型紧凑型偏振分束器，器件尺寸为9 μm×9 μm，利用光子晶体的自准直效应实现TE偏振光和TM偏振光在自准直结构中的自准直传播，基于光子禁带特性实现TE偏振和TM偏振的正交分离。对于插入的偏振分束结构的空气孔排数为5时，1 550 nm处的TE偏振光的透过率为95.4%，对应的偏振消光比为23 dB，TM偏振光的透过率为88.5%，对应的偏振消光比为37 dB。对于覆盖100 nm带宽的TE和TM偏振光，TE偏振消光比和TM偏振消光比分别高于18 dB和30 dB。与以往的偏振分束器相比，结构更简单，尺寸更小，偏振消光比更高，更好地满足现代光通信、光集成系统的需求。
光子晶体 偏振分束器 自准直效应 光子禁带 偏振消光比 photonic crystals polarization beam splitter self-collimation effect photonic band gap polarization extinction ratio
1 海军装备部沈阳局驻葫芦岛地区军事代表室， 辽宁 葫芦岛 125004
2 华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心， 湖北 武汉 430223
针对图像跟踪仪测量精度随外界因素发散的问题，提出了基于自准直仪的图像跟踪仪检测方法。利用图像跟踪仪背部的基准镜和自准直仪超高的角度测量精度，实现了图像跟踪仪测量精度的快速标定检测，测量精度为2.5″。实验结果表明，图像跟踪仪的测量精度会随环境应力而改变，且基于自准直仪的图像跟踪仪检测方法可以实现对其精度的测量。
图像跟踪仪 自准直仪 扰动分析 精度检测 自标定 image tracker autocollimator disturbance analysis accuracy test self calibration
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072
针对圆光栅安装倾斜、光栅变形等因素造成的精密减速器检测仪测角系统精度降低，传统误差补偿方法采样点数受多面棱体工作面限制，导致补偿效果不足的问题，提出一种多数据关联的误差补偿方法。采用自准直仪结合正24面棱体对圆光栅测角误差进行标定，通过改变多面棱体与圆光栅在周向方向上的相对位置，得到多组测角误差标定数据。利用误差谐波法对多组测量数据进行预处理，将不同组数据关联，并代入BP神经网络中训练，得到圆光栅测角误差模型。该方法无需计算补偿式，能够克服误差谐波法在样本点过多时易产生拟合震荡的问题。实验结果表明：本文所提出的补偿方法残差峰峰值在0.94″内，标准差为0.25″，分别减小至误差谐波法修正后的33.3%和37.9%，有效提高了圆光栅测角系统的精度，使减速器检测仪测角精度达到亚角秒级。
精密减速器检测仪 圆光栅 自准直仪 误差谐波法 BP神经网络 多数据关联 precision reducer tester circular grating autocollimator harmonic wave error compensation method BP neural network multi data association 光学 精密工程
2021, 29(11): 2622
大连理工大学运载工程与力学学部工程力学系，工业装备结构国家重点实验室，大连 116024
本文针对不同介质形成的周期性阵列结构进行了不同频率的波传输计算，发现波在阵列声子晶体结构中的传输特性与光在光子晶体中的自准直类似，具有波传播的自准直效应。进一步计算发现，波在声子晶体中传输的自准直特性与外部介质和阵列结构的材料属性密切相关，也与阵列结构单胞中金属柱的截面几何特性相关。波传播的自准直效应产生的频率范围随模量比的增加出现先增加后减小的现象，并且随密度比的增加而减小。设置合理的模量比、密度比等材料性质和截面几何性质，能够实现对阵列结构自准直效应中的波传播频率范围的控制，其中，等频线是周期性结构阵列自准直效应的重要设计依据。
声子晶体 阵列结构 波传输 自准直 等频线 phononic crystal arrayed structure wave transmission self-collimation equi-frequency contour
