折反射式连续变倍扩束系统的设计

一种激光连续变倍准直扩束系统的设计黄耀林;王敏;寇远凤【摘要】介绍了国内外激光扩束系统的研究现状,阐述了低倍率扩束系统设计原理,选用没有内部焦点的倒置伽利略式望远镜系统结构设计了一个无焦变倍的激光扩束准直系统.在Zemax软件中实现变倍扩束系统初始结构的设计,基于Zemax的REAY优化函数对光学系统中透镜的曲率半径和间距进行优化,实现5～25倍的连续变倍激光扩束.不同倍率下的波像差最大均方根值均小于λ/40,设计结果满足像质要求.经工艺分析,该设计符合加工的工艺要求,系统结构简单,具有实际应用价值.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P38-43)【关键词】无焦变倍;激光扩束;Zemax;优化设计;波像差【作者】黄耀林;王敏;寇远凤【作者单位】福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007【正文语种】中文【中图分类】TN249引言由于激光具有高亮度、单色性好和方向性好等特点[1],激光扩束准直系统在通信技术、激光扫描、切割、测量距离等领域被广泛应用。

在实际应用或实验过程中,通常需要用到口径不一的准直激光光束,尤其是在实验操作过程中,每更换一个实验元件都需要重新调节整个光路,不利于实验操作,因此设计一个连续变倍的激光扩束系统是非常有必要的。

目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类[2-4]。

第一类是选用反射系统,此类系统选用大口径的反射镜面来扩大激光光束,常见的系统有格里高利系统和卡塞格林系统。

由于此类系统通常采用非球面镜片,并且是固定的扩束比,通常是单独设计某一类口径的光束,而且非球面在实际生产中存在较高的成本以及难度。

所以此类系统适合大倍率扩束的应用。

扩束（折射式望远镜）设计流程设计要求：平行光进，平行光出入射光孔径100, 出射20mm只能使用两个镜片，且第二个镜片为平凹镜（伽利略式）两镜片间空气隔约250mm系统用于1053nm激光系统；要使用632.8nm波长对系统进行预测试像差要最小化，仅能使用一个非球面学习要点：如何对特定设计要求优化参数如何设计一个双工系统，即工作波长和测试波长不同的系统如何在Zemax软件里定义薄透镜（仅用于聚焦），如何定义多结构界面问题分析：其实就是设计一个望远镜系统，如果没有特殊要求，这样的系统是很容易设计的。

然而现在有一些附加要求，特别是工作波长和测试波长不一样。

我们应该如何开展这样的设计呢？对一个实用系统，测试只是一个确信性能的手段，而最终系统应该在工作波长被使用。

因此，这个例子里，我们先以1.053μm为基准进行设计。

之后再考虑如何在0.6328μm下做测试。

注意，现在的系统是平行光入，平行光出。

由于没有成像功能，因此在Zemax里，无法评价由于该系统引入带来的像差是多大。

如何解决这个问题呢？我们可以在Zemax里插入一个薄透镜，即几何光学里常使用的那种透镜，只具有对平行光聚焦的作用，本身不产生任何附加像差。

这样平行光经过该近轴薄透镜聚焦后的像斑就可以用来衡量扩束本身带来的像差大小。

两个实际厚透镜是4个表面，薄透镜是1个表面。

再加上默认的物像平面，在Zemax 里定义上述系统，共需要7个表面。

1.通用参数设置：首先从系统-→通用配置选项里输入入瞳孔径值100mm，在系统-→光波长选项里输入工作波长1.0532.透镜表格编辑：根据设计要求，编辑透镜表格如下：由于目前我们不知道两个透镜表面半径该多大，因此我们都没输入初始值，选默认的无穷大，即都是平板。

这个值我们可以通过软件的优化功能获得，因此把他们定义为变量。

注意，设计要求凹透镜为平凹镜，因此第一个表面半径为无穷大，不能变，即表格里的“3”面。

而其余三个待确定量设为变量。

文章编号:1005-5630(2002)06-0025-051×～613×连续变倍体视显微镜物镜的光学设计Ξ张　斌(广西梧州市光学仪器厂技术中心,广西梧州543002) 摘要:介绍变倍范围1×～613×连续变倍体视显微物镜的光学系统变倍原理,高斯光学计算及设计实例,通过设计实例说明变焦物镜的设计方法。

关键词:体视显微镜;变焦系统;机械补偿中图分类号:TH 74212 文献标识码:AOptical design of the 1×～613×zoom stereo m icroscope objective ZH A N G B in(T echn ical Cen ter ,W uzhou Op tical In strum en ts Facto ry .W uzhou 543002,Ch ina ) Abstract :T h is p ap er in troduces the zoom p rinci p le ,Gau ssian op tics calcu lati on and design exam p leof the 1×～613×zoom stereo m icro scop e ob jective .F inally it gives the design m ethod of zoom ob jective by the exam p le .Key words :stereo m icro scop e ;zoom system ;m echan ical com p en sati on1　引　言体视显微镜有两种基本形式,一种是有一组主物镜,中间像平面平行于物镜的平面。

另一种是由格里诺发明的双晶成对物镜,这对物镜完全相同,其光轴夹角一般为11°～14°之间,特点是容易校正色差,成本较低。

文章编号:1002-2082(2008)03-0347-04基于伽利略结构的二级激光扩束系统的设计郑　盼,杨应平,郜洪云,陶　艳(武汉理工大学,湖北武汉430070)摘　要:　针对高倍率扩束系统设计要求(即轴上和轴外像差都得到较好的校正),从三级像差理论出发,设计了一种新型的40×高倍率激光扩束系统。

该系统是基于简单的伽利略结构并通过二级扩束系统来实现的,系统包括4片透镜,通过引入2个二次非球面、2个反射镜或1个棱镜来折叠光路。

利用CODE V 光学设计软件给出了该系统的光学结构参数和外形结构图,并进行了像质评价。

结果表明:该系统结构简单,设计难度小,成本较低,像质好,性能优良,是一种可以被广泛采用的高倍率激光扩束系统。

关键词:　光学设计;像差理论;高倍率;二级扩束;非球面中图分类号:T N 243 文献标志码:ADesign of two -level laser beam expander based on Galilean structureZHENG Pan,YANG Ying-ping ,GAO Hong -y un,T AO Yan(W uhan U niv ersit y o f T echno lo gy ,W uha n 430070,China )Abstract :A new laser beam expander w ith mag nificatio n of 40×as w ell as o n-ax is and o ff-axis aberration corrected pro perly ,w as desig ned based o n the third-order aberration theo ry.This sy stem is realized by tw o -step beam ex panding based on a sim ple Galilean structure .T he beam path o f the system is folded by fo ur lenses,tw o seco nd-order aspheric surfaces and two mirr ors (or a pr ism ).T he optical mechanical parameter s,outline dr aw ing and image evaluation are given by the aid of optical design softw are CODE V.This sy stem features simple desig n and structure ,low cost ,hig h image quality and g ood perform ance .Key words :o ptical design;aber ratio n theory ;hig h-magnification;tw o-step beam ex panding;aspheric surface引言目前,激光扩束系统在诸如激光雷达、全息照相、激光测距以及光通讯等领域有着十分广泛的应用,其主要作用是通过改善激光束的空间发散角,使光束的准直性进一步得到改善,并使其满足孔径要求[1-2]。

基于 ZEMAX 的二维变焦扩束光学系统设计于陶然;王超;唐晓军;刘洋【摘要】For the size control problem of slab laser’s output beam,a two-dimensional continuous zoom beam expender optical system is designed which expander ratio can reach 14 ~20 ×in the direction of X and 1.25~1.55 ×in the direction of Y.The movement rule of the fixed part,zooming part and compensating part are derived through the analy-sis of the three component zoom lens.The theoretical value is optimized by the ZEMAX,which makes the aberration of the system meet the requirement.Working wavelength of the system is 1064nm,and the size of output beam in a cer-tain range can be expanded to 35 ~40 mm.The system has some advantages of a simple structure,a short zoom dis-tance and a smooth zoom path.%针对板条激光器出射光束的尺寸控制问题，设计了一个在 X 方向扩束倍率为14～20×，Y 方向扩束倍率为1．25～1．55×的二维连续变焦扩束光学系统。

毕业设计开题报告学生姓名：学号：学院、系：专业：光电信息工程设计题目：基于ZEMAX的激光扩束系统设计指导教师:年月日开题报告填写要求1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册）。

文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性;4．学生的“学号”要写全号（如020*******，为10位数),不能只写最后2位或1位数字；5。

有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年3月15日"或“2004—03—15”；6. 指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写.(完整版)基于ZEMAX的激光扩束系统设计开题报告毕业设计开题报告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述:文献综述1。

1 本课题研究的背景激光扩束系统是激光干涉仪、激光测距仪、激光雷达等诸多仪器设备的重要组成部分，其光学系统多采用通过倒置的望远系统来实现对激光束的扩束.激光器发出的光束直径很细小，通常只有零点几到几毫米，激光束的这些特性在某些方面是很有用的。

然而在一些应用领域中需要的却是宽光束，如激光全息、光信息处理、激光照明等.例如在激光干涉仪的应用中，它要照射比激光束口径大的多的被测物体，然后通过光束的干涉来实现测量。

又如在激光的全息应用中，它要照射比激光束口径大得多的全息记录介质,以实现信息的记录和重现。

大视场反射式激光扩束系统光学设计衣同胜;吴从均;颜昌翔;于平【摘要】激光扫描捕获系统通过对激光光源进行扩束变换,压缩光源的发散角度,可减少在远距离传输中的能量损失.为满足某通信实验需要,设计一种放大倍率为10倍,光源扫描视场为48°×40°的小型扩束系统.系统要求在1 550 nm、1 064 nm、800 nm和632.8 nm激光波段,全视场范围内波像差RMS不大于0.1λ(λ=632.8 nm),且无中心遮拦.通过计算初始结构参数,利用Zemax软件优化,采用4片反射式非球面进行设计,全系统体积约为90×100× 60 mm3,波像差最大为0.095λ,满足系统尺寸和像质要求,整个系统光能透过率约为92％,满足透过率大于85％的设计要求.%Laser beam expander is used to compress the laser divergence angle, in order to reduce the energy losing in long distance scanning acquisition system. To meet the requirements of the laser communication experiment, a laser beam expander system was designed. The system has 10 times magnification and 48°× 40° working field, which is used in 1 550 nm, 1 064 nm, 800 nm and 632. 8 nm laser wavebands (632. 8 nm waveband is mainly used for system test). After the calculation of primary structrue parameters and the optimization by Zemax, four conic mirrors were used to compose the system. Considering the tolerence, the system's maxium wavef rent aberration(WFE) is 0. 095λ(λ = 632. 8 nm) that satisfies the requirement of the RMS of WFE <0. 1λ. It has a total size of 90 × 100 × 60 mm3 and transmission of about 92%,which also meets the 85% transmission demand.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2012(033)006【总页数】6页(P1156-1160,1184)【关键词】望远结构;激光通信;大视场;激光扩束;光学设计【作者】衣同胜;吴从均;颜昌翔;于平【作者单位】辽宁省葫芦岛市32941部队91分队,辽宁,葫芦岛125000;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学部,吉林,长春130033;中国科学院研究生院北京100039;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学部,吉林,长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学部,吉林,长春130033【正文语种】中文【中图分类】TN24;TH703引言激光光源具有单色性高、方向性好、相干性强、高能量等诸多优点，在激光通信、激光测速、激光测距、激光加工、激光准直、激光定位、激光雷达等领域内得到广泛应用［1］。

第17卷　第7期　光　学　学　报V ol.17,N o.7　1997年7月ACT A OPT ICA SIN ICA July,1997反射型扩束式场镜的设计李春霞　杨茂华　王　鹏　董惠莲(哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001)摘　要　本文介绍一种新型的反射式场镜的设计。

该场镜除了具有透射式场镜的作用外,同时还起扩束作用。

关键词　场镜,　扩束,　弥散斑,　微坑.在一些有中间实像的光学系统中,如刻卜勒望远镜、军用取景器及一些特殊用途的光学仪器,为了减小尺寸和像差,往往在中间像的位置上加入正或负场镜。

这些场镜一般是透射式的。

光学系统在宽谱段中使用时,如红外仿真光学系统用于0.4 m～1 m和3 m～5 m ,甚至用到14 m。

为了消色差,采用反射式光学系统。

本文介绍一种除了具有一般场镜的作用外,重点在于它的扩束作用的场镜。

1　反射式场镜的扩束原理对于一个望远系统,欲使它起扩束作用,把它例置使用即可,此时扩束倍率 =-f′1/f′2(f′1为物镜焦距,f′2为目镜焦距)。

在制导仿真系统中,主红外光学系统的物和像均在无限远,是普遍意义上的望远光学系统。

基于使用条件、原理设计及结构上的考虑,“物、目”镜由同一球心、同一曲率半径(R1=R3=-5000mm)的两块球面反射镜组成。

在重合于一点的“物、目”镜的焦点上放一与R1、R3同心、曲率半径R2=-2500m m的球面反射镜作场镜,其光学系统如图1所示。

此时系统的扩束倍率 =-1。

它的入射光束口径为D m=35m m,其上光线a、光束中心线即“主光线”z、下光线b的投射高分别为h a1=327.5m m,h z1=310 mm、h b1=292.5mm。

并要求对入射光束进行偏移性扩束,即该束光线经物镜、场镜反射后,在目镜上的投射高,最高为290m m,最低为410mm,z光线的投射高仍为h z3=310m m。

整个出射光束口径为D out=120m m。