摘要：衍射光学元件(DOE)对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求,其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型(GSM)光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶变换算法设计了输出平顶光斑的DOE。用模式分解的方法研究了不同光束质量的光束经该DOE后的输出光斑,发现光束质量因子增加会使输出光斑平顶区尺寸减小,导致DOE失效。从交叉谱密度出发,表明DOE的输出光斑是相干部分和非相干部分的卷积,其中非相干部分是导致输出光斑劣化的原因。给出了平顶衍射光学元件适用的最大M^(2)因子与输入和输出光束尺寸之间的关系。给出了一种GSM光束整形DOE的设计方法,该方法有助于在低光束质量激光器中实现DOE的应用。

摘要：应用于激光剥离、激光退火、激光转移等领域的大功率纳秒紫外激光器的输出激光通常是强度分布不均匀的部分相干光,为满足精密加工的高均匀度要求,开展了基于成像型微透镜阵列的紫外激光匀化技术研究。利用伪模分解理论和角谱衍射传输算法,建立了快速计算部分相干光通过微透镜阵列匀化系统的数值模型,并以准分子激光为仿真光源,通过对离焦量、阵列间距等参数的分析,确定了最佳设计参数,实现了边缘锐利的高均匀度方形光束输出。此外,详细讨论了微透镜阵列失调对光束形貌和均匀度的影响,并通过实验说明了理论设计的可靠性和参数影响分析的准确性。

摘要：为了满足精准高效快速部署航天遥感器对轻小型空间相机的迫切需求,对满足轻小型相机成像的光学系统形式及成像体制进行了详细对比分析,确定了RC+补偿组的光学系统形式,采用小F数+微小像元的成像体制。对比美国鸽子相机的详细参数,设计了500 km轨道高度上可实现3.48 m分辨率的轻小型全铝高分相机。详细介绍了相机的总体结构、光学系统、光机结构、成像电子学及热控设计结果,得到F5.6的RC+补偿组光学设计结果。采用RSA-6061微晶铝合金做为相机反射镜的结构材料,配合一体化硬铝合金高刚性结构。静力学(重力变形和温度变形)仿真分析结果满足光学设计公差要求。动力学仿真分析结果表明:一阶模态为302.92 Hz,具有足够高的动态刚度和安全裕度。成像电子学采用3.2μm大面阵9 K×7 K探测器低噪声小型化设计。相机热控由卫星平台保证20℃±4℃的温度水平。集成测试结果表明:(1)相机中心视场波像差RMS为λ/15.6,5个视场系统波像差均优于λ/12.3,可以确保相机近衍射极限高质量成像。实测奈奎斯特频率处的光学传递函数为0.217;(2)相机三方向正弦振动最大处放大1.17倍,整机一阶模态为295 Hz,与仿真结果的偏差为2.61%,相机结构刚度大,力学稳定性好;1×10^(-4)Pa,16℃、20℃、24℃三个温度工况下成像清晰,可分辨奈奎斯特频率处对应的分辨率板图像;(3)对2 km外目标成像效果良好,图像清晰且灰度层次分明,阴影边界锐利。本文所设计轻小型全铝高分相机在500 km轨道高度上实现了3.48 m分辨率,15 km×15 km幅宽,整机重量为2 kg,结构刚度和强度试验结果满足航天发射场景需要,可以为轻小型甚高分辨率空间相机设计提供理论指导和工程借鉴。