基于ZEMAX的激光扩束系统设计开题解剖.doc

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 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。 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。因此需要使用激光扩束系统来实现激光束的扩束[1]。 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[]：一类是采用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，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，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，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“Φ300 HTM激光扩束器”（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Φ300mm ，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 Φ300 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，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。 CVI