基于ZEMAX的激光扩束系统设计开题报告 毕业设计(论文).doc
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1、 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
2、”的书写,应按照国标GB 771487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0201140102,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 740894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。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
3、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。因此需要使用激光扩束系统来实现激光束的扩束1-5。1.2 国内、外技术发展现状目前广泛使用的激光扩束器一般有两大类6,7:一类是采用
4、两个或多个透镜组成的透射式激光扩束器,如开普勒系统和伽利略系统。该类系统的特点是结构简单,多由球面透镜组构成,故可以通过改变透镜组之间的间距来实现对激光束的变倍扩束,即可以设计成扩束比连续变化的变倍系统。如果要求系统输出激光口径很大,则透镜的口径也随之增大,使得球差、彗差等与口径相关的像差显著增加,不仅影响了照明分布的均匀性,也增加了透镜的加工难度与成本,所以该类系统只适用于小倍率扩束。另一类是采用反射式扩束系统8,比如卡塞格林系统、格里高利系统以及离轴三反射式系统。这类系统的特点是使用大口径反射镜面,增大了扩束比,并且非球面的设计使得像差校正得很好。由于大扩束比系统有利于压缩激光器的发散角,
5、提高准直性,所以在激光扩束中得到广泛的应用。但卡塞格林无焦系统存在中心挡光现象;而离轴三反系统会引入比较大的轴外像差,所以为了保证光束质量而引入了多个非球面,增加了制造和装调的难度和成本。此外,反射式系统的扩束比不可调节,只能针对某一种光束口径进行设计,使得应用范围受到了限制。目前文献报道的最大光束放大倍率为50倍,在满足激光束放大比的条件下,尽量选用折射型扩束器,因为这种结构简单,调试方便。 激光扩束器的主要作用是压缩激光的空间发射角和扩大激光光束9-14,使扩术后的激光束口径满足其他系统的要求;同时由于激光的高单色性及准直性优点,因此也常常用于光谱成像系统中的光谱定标。在折射型扩束器中,除
6、空间滤波必须采用开普勒望远镜外,一般采用伽里略望远镜,这种结构不仅能缩小外形尺寸,而且在强功率激光束的场合,由于通过负目镜时,使光束发散。故可避免因正目镜会聚而产生的空气击穿现象和导致透镜的损伤。 近几年,我国成功研制了具有大扩束比的激光扩束器,如同济大学物理系研制的“300 HTM激光扩束器”15(如图1.1所示)。该扩束器为哈特曼扩束器,具有大口径和高倍率的特点,其通光口径为300mm ,倍率为30,仪器总长950mm。该系统的物镜采用了非球面的设计,故能在最大的限度内减小系统的像差,满足其要达到的系统指标。 图1.1 300 HTM激光扩束器在激光变焦扩束系统方面,国内外都研制了一系列成
7、熟的产品。武汉巍腾科技有限公司的VIS-NIR56C-30系列电动变焦激光扩束镜16,对波长为450-675nm的激光束可实现lx-4x或2x-8x的连续变焦,且其系统像差优于/4。CVIMG公司的LBV系列激光变焦扩束系统对波长为632.8nm的He-Ne激光光束具有2.5x-10x的扩束比,且其系统像差优于材/1017。 1.3 ZEMAX概述 ZEMAX18是美国 Radiant Zemax公司所发展出的光学设计软件,可做光学组件设计与照明系统的照度分析,也可建立反射、折射、绕射等光学模型,并结合优化,公差等分析功能。ZEMAX是一套综合性的光学设计仿真软件,它不只是透镜设计软件而已,更
8、是全功能的光学设计分析软件,具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点,而且ZEMAX可仿真Sequential和Non-Sequential的成像系统和非成像系统。ZEMAX能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。 ZEMAX的界面简单易用,只需稍加练习,就能够实现互动设计,其中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。同时,也提供快捷键以便快速使用菜单命令。手册中对使ZEMAX时的一些惯用方法进行了解释,对设计过程和各种功能进行了描述。ZEMAX目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。该软件拥有两大特点,就是可以实现序列和非序列分析。在全球范围内,这款软件已经被
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