白宝石分光镜热变形像差分析：激光反射与信标透射特性研究

本文主要探讨了光学系统中白宝石分光镜的热变形像差分析。白宝石作为光学材料因其优异的物理性质常被用于光学元件中，但在高功率激光环境下，其热效应不可忽视。研究者利用有限元方法和Zernike多项式这一经典的光学设计工具，对白宝石分光镜在受到入射激光和信标光照射时的热变形行为进行了深入分析。 首先，针对入射激光的反射相移，研究发现其主要的像差是离焦项，这意味着当激光在镜面发生反射时，由于温度变化导致的形状变化，使得焦点位置发生了偏离。这种离焦像差对激光系统的精确度有直接影响，可能引起光束质量下降。 对于信标光的透射相移，情况稍有不同。除了离焦项外，还发现了主球差项的存在。主球差的出现主要是由于激光入射区域边界处的轴向温度分布不均匀所引起的。球差会使得光束在通过分光镜后产生空间扭曲，进一步影响光路的稳定性和成像质量。 文章通过像差比率γnm来量化这些像差的影响，如入射激光的离焦比率γ20为0.0393，表示每单位吸收功率的变化会导致反射光的离焦程度增加0.0393个单位。信标光的离焦比率γ20为-0.0011，负值表明信标光的透射像差与入射激光有所不同。同时，主球差比率γ40为-0.0033，这揭示了主球差对信标光的影响更为显著。 这项研究对白宝石分光镜在高温环境下的性能进行了定量评估，这对于优化光学系统设计、提高激光系统稳定性和减小热效应带来的像差至关重要。通过了解这些像差特性，科研人员可以采取相应的补偿措施，如采用温度控制技术或者选择更稳定的热膨胀系数材料，以确保在实际应用中保持高精度和稳定性。