球面透镜的光学特性(6篇)
球面透镜的光学特性篇1
论文摘要：随着社会发展，电子产品的普及，近视问题日渐严重，在我国的青少年中近视发病率已达50%-60%。近视不仅导致眼球突出，影响美观；视物不清导致反应及判断能力差容易出现差错与事故，也往往影响学习、升学、参军、与择业，影响我们的生活，并且会引起系列并发症，危害健康。探究近视的成因及及矫正对于近视的预防和治疗十分有必要。本文将结合在山东省眼科医院所做调查采访做具体分析。
近视是屈光不正的一种。在屈光静止的前提下，远处的物体不能在视网膜汇聚，而在视网膜之前形成焦点,因而造成视觉变形,导致远方的物体模糊不清。近视的分类有多重标准。按照近视的程度：3.00D以内者，称为轻度近视眼；3.00D～6.00D者为中度近视眼；6.00D以上者为高度近视眼，双称病理性近视。按照屈光成分：轴性近视眼（由于眼球前后轴过度所致），弯曲度性近视眼（角膜或晶体表面弯曲度过强所致）屈光率性近视眼（屈光间质屈光率过高所致）。假性近视眼：是由看远时调节未放松所致，与屈光成分改变的真性近视眼有本质上的不同。
近视的产生原因至今依然不是十分明确，近年来许多证据表明环境和遗传因素共同参与了近视的发生。研究认为高度近视眼的双亲家庭，下一代近视的发病率较高，近视眼具有一定的遗传倾向已被公认，对高度近视更是如此。近视眼的发生和发展与近距离用眼的关系非常密切。青少年的眼球正处在生长发育阶段，调节能力很强，眼球壁的伸展性也比较大，阅读、书写等近距离工作时，不仅需要眼的调节作用的发挥，双眼球还要内聚，这样眼外肌对眼球施加一定的压力，久而久之，眼球的前后轴就可能变长。每增长1毫米近视就达-3.00屈光度（也就是普通说的300度），当然这种近视绝大多数为单纯性近视，一般度数都比较低，都在6屈光度以下，发病多在青春期前后，进展也比较缓慢，有人把这种近视称之为真性近视，以示与假性近视相区别。另外近视还与营养不良有关。眼睛在生长发育期间缺乏某种或某些重要的营养物质，使眼球组织变得比较脆弱，在环境因素的作用下，眼球壁的巩膜容易扩张，从而使眼睛的前后轴伸长而发生近视。多数近视儿童有爱吃零食、挑食、偏食的习惯。他们吃的多是精粮和快餐食品，这些食品中缺乏营养物质或营养物质破坏较多。同时他们的膳食中缺乏乳、蛋、奶、鱼、肉、鸡等优质蛋白食品和粗粮食品。缺乏的食物种类越多，总量越大，近视的发生率越高，近视的程度也越高。
一般青少年的近视眼，多数属于“假性近视”，由于用眼过度，调节紧张而引起的一种功能性近视。如果不及时进行解痉矫治日久后就发展成真性近视。因此，必须从小培养儿童良好的卫生习惯。一般来说，要培养他们正确的写字、读书姿势，不要趴在桌子上或扭着身体，书本和眼睛应保持一市尺，学校课桌椅应适合学生身材，尤其中小学阶段，青少年生长发育旺盛，课桌高度应作出适当调整。看书写字时间不宜过久，持续1~1.5小时后要有一个短时间的休息眼睛向远眺，做眼保健操。写字读书要有适当的光线，光线最好从左边照射过来。不要在太暗或者太亮的光线下看书、写字，减轻学生负担，保证课间10分钟休息，减轻视力疲劳。积极开展体育锻炼保证每天有一小时体育活动。看电视或电脑时要注意高度应与视线相平；眼与荧光屏的距离不应小于荧光屏对角线长度的5倍；看电视时室内应开一盏支光小的电灯，有利于保护视力；在持续看电视1～1.5小时后要有一个短时间的休息眼睛向远眺，做眼保健操。
关于近视的矫正，大致有以下几种方法：
一、常规配镜矫正法。大多数人出现近视后的第一选择是戴眼镜。眼镜的确常让佩戴者感到不便，但值得肯定的是，到目前为止眼镜依然是对付近视最简单可靠办法。众所周知，近视眼的特点是，由于角膜屈光度的改变，进入眼内的光线没有会聚到有成像作用的视网膜，而是会聚到视网膜的前面，所以近视眼患者看远处是模糊的。近视眼镜其实是一种凹透镜，它能矫正眼睛的屈光过度，使物像聚集在视网膜上。有的人由于害怕眼镜会越戴越近视，而拒绝本来应该佩戴的眼镜，其结果是加重了眼睛的负担，只能眯着眼睛看周围的事物，而眯眼所牵动的眼轮匝肌力量作用在眼球上，增加眼内压力，反而促使近视加深。至于近视戴眼镜后反而变深的情况，除了用眼习惯不好，还可能与佩戴过高度数眼镜有关。所以近视患者配眼镜一定要通过正规验光获得准确度数，即不能深也不能浅，否则就不能达到矫正视力的目的。至于眼镜质量，并非和价格成正比，一些眼镜行业的人士表示，眼镜质量主要取决于镜片，而价格主要取决于镜架。而选择眼镜的时候，要注意镜片表面是否光洁，有无划痕、条纹、气泡和颗粒，镜片的色泽、质地、透明度是否均匀。当你手持镜片放在眼前25厘米处观察远方景物，若景物清晰、无变形，上下左右缓慢移动时景物无跳动，说明镜片透明性及光均匀性良好。如可见景物跳动或变形，则说明质量有问题。而镜架以牢固、对称、平衡、佩戴舒适为宜。
二、隐形眼镜矫正法。摘除眼镜曾经是很多“眼镜一族”的梦想，而隐形眼镜的出现在一定程度上帮助爱美的“眼镜一族”实现了这个梦想。但是视光学专家则认为，并不是每一个人都适合佩戴隐形眼镜，甚至一些被认为适合佩戴的人在佩戴一段时间之后会出现不适。而发生在近年内一些有关隐形眼镜质量问题更让不少人对其产生了疑虑。另一方面，市场上的隐形眼镜品牌价格千差万别，有时也会令消费者无所适从。隐形眼镜对材料制作工艺及佩戴的健康安全性都有较高的要求。在佩戴者方面，隐形眼镜者应排除干眼症、糖尿病、癫痫、过敏体质等上述任何一种病症，同时也不能是角膜炎和砂眼患者。而在允许佩戴隐形眼镜前提下，长期佩戴隐形眼镜的最大问题在于容易引起角膜感染和缺氧。人眼角膜，即眼睛表面一层如挡风玻璃的物质，和人体大多数部位一样会被病菌感染，而隐形眼镜作为紧贴角膜表面的外来物，尤其需要注意卫生，勤清洗更换；另一方面，角膜也需要呼吸氧气，而氧气必须溶解在泪液中才能被角膜吸收。戴上隐形眼镜后，角膜就像戴上口罩一样呼吸困难，时间一长便出现缺氧情况，这时候，需要取下隐形眼镜使眼睛休息透气。虽然一些企业声称所生产的隐形眼镜百分百透气，但透气性再好的隐形眼镜也无法和始终完全满足眼睛对氧气的需要。所以必须定期和普通眼镜交替使用，尤其要杜绝长戴不取的情况
三、近视治疗仪器。针对少年儿童近视，市场上出现各种名目繁多的保健器具、中医药疗法、眼部按摩、近视治疗仪等，许多家长都觉得，对于孩子的近视情况，能挽回多少都是好的。但很多家长反应，在买了眼罩、按摩器等近视治疗器具后，发现对孩子的帮助并不明显。理疗、药物、仪器等，对于假性近视的孩子可以适当尝试，但也并非百分百有效。而除了各种仪器药物以外，注意用眼习惯，以及多远眺等方法，同样可帮助恢复正常。
四、除了常规的预防手段外，准分子治疗近视也日渐走入我们的视野。英国《星期日泰晤士报》报道“由于担心患者的长期安全，政府医疗监督部门正在阻止国家医疗服务系统进行眼部激光手术”。而美国的《眼科学》杂志也指出“此类眼部手术的失败率是1/10，而不是大多数广告上所说的1/1000。”“手术还可能引起并发症，致使病人必须做眼角膜移植手术”。这些消息在我国也引起一片哗然，引发了关于“眼科激光手术安全性”的火热讨论。近视眼激光手术到底是怎么回事？其成功率和安全性如何？远期效果怎样？到底还该不该做这种手术？
在山东省眼科中心我们了解到，该中心每年都要实施该类手术7000-8000例，且以大中学生为主，手术成功率达到99%。而人们一般说的“准分子激光手术”，其全称应该是“准分子激光屈光性角膜手术”，主要包括三种术式：准分子激光角膜表面切削术（简称PRK），是最早用于临床的方法。目前认为PRK治疗中低度近视、远视及散光安全有效，但因其术后疼痛、屈光回退等并发症，现较少使用。准分子激光原位角膜磨镶术（LASIK），这是目前主流术式。它在角膜瓣下的基质层切削，保持了角膜上皮及前弹力层的完整，可避免PRK的大多数并发症。特点是拓宽了近视度数的矫治范围，术中术后无疼痛，视力恢复快，角膜不遗留斑翳。手术时，先用一种微型刀在角膜上切出一个带蒂的薄层角膜瓣，掀开此瓣，在瓣下行激光切削，然后将瓣复于原位。此可用于低、中、高度近视。LASIK也有角膜瓣带来的缺陷，即角膜瓣皱褶、移位、角膜瓣下上皮植入、散光以及过度切削，造成角膜扩张、圆锥角膜等。对于角膜相对近视度数高而比较薄的患者，使用LASIK也受到限制，但对于角膜瓣足够厚的高度近视患者，还是首选LASIK好。准分子激光上皮下原位角膜磨镶术（LASEK），是PRK手术的改良术式。用激光或低浓度酒精浸泡角膜手术区，做成一个角膜上皮瓣，激光切削上皮瓣下组织，当角膜上皮瓣复位后，依然要在其表面盖上一片隐形眼镜。LASEK手术后疼痛较PRK明显减轻，加上瓣薄，可以用于角膜厚度相对较薄、瞳孔较大的患者。LASEK无LASIK做角膜瓣的并发症，缩短了PRK手术后角膜上皮愈合时间，减轻了疼痛反应及角膜混浊（haze）的程度，但手术中角膜上皮瓣破损和水肿与PRK同，而且手术后视力恢复及屈光稳定速度比LASIK慢。因此主要适用于角膜较薄、职业特点容易发生眼外伤导致角膜瓣移位或其他不宜进行LASIK的患者。
但是，并非所有近视眼患者都适合做这种手术。一般只有符合以下条件才可考虑做眼准分子激光手术：年满18岁以上，有健康心理状态，有摘掉眼镜的愿望；眼部没有活动性眼病；最近两年近视度数比较稳定，每年加深不超过50度；如果配戴隐形眼镜，软性镜应摘去2周，硬性镜应摘去4周以上（可以换戴框架眼镜，才能做手术前检查）；经过医生检查，眼部各项指标符合手术要求；假如是第二次手术，LASIK要间隔3～6个月，PRK要间隔1年；穿透性角膜移植手术后有远、近视和散光的，也要间隔1年以上；全身无手术限制的疾病。而下列情况则不适宜做准分子激光手术：患有眼的急性、活动性炎症，干眼症，眼睑闭合不全，青光眼，白内障，色素膜炎，视网膜脱离，缺血性眼病，单纯疱疹等病毒性眼病，及下列全身病如：糖尿病，胶原性疾病（红斑狼疮等），风湿性关节炎，痛风，精神病服药者，艾滋病，有某些疾病影响伤口愈合者或虽符合手术条件但对手术有顾虑或期望值过高的人，以及妊娠和哺乳期妇女。
客观地说，目前的准分子激光手术的安全性是比较高的，历经10多年大量临床实践充分证明了这一点，可以说激光治疗近视手术在我国至今已经比较成熟。但任何手术的成功率都不可能是100％，就像隐形眼镜容易感染危害视力，而框架眼镜镜片破裂引起的外伤，也是失明的原因之一。对美国《眼科学》杂志文章指出的：此类眼部手术的失败率是1/10，国内多数屈光手术专家持不同意见。当然，良好的手术设备，手术者熟练的操作和丰富的经验，还有患者良好的配合，是手术高安全性的基础。
任何手术都有风险，近视眼激光手术也不能完全避免并发症。最常见的并发症就是过度矫正或矫正不足，这些要经过一定时间观察，酌情二次手术；部分人可出现眩光，即夜间将一个光点看成光团、光晕，这可因术后角膜组织间轻微水肿反应或夜间瞳孔较大、其边缘与手术缘靠近有关，随手术后时间推移而逐渐减轻；圆锥角膜在有这种潜质或者手术后角膜过薄的人身上出现；因为注视目标不良，可能出现偏心切削，或因角膜表面水气漩的作用出现中心岛；PRK和LASEK手术后可能有角膜的混浊（Haze）以及长期点用对抗Haze的药物带来的激素性高眼压。LASIK则有与角膜瓣相关的并发症，如瓣下异物、角膜瓣移位、溶解，散光有所增加，自觉眼睛干燥等。最严重的是手术眼角膜伤口的感染，虽然极少发生，却是可以致盲的直接原因，所以严格的手术消毒制度和患者良好的卫生习惯至关重要。手术后也应定期检查眼睛，特别注意眼底黄斑区和周边视网膜的变化，做到未雨绸缪。
球面透镜的光学特性篇2
关键词聚光集热；模块化；等厚菲涅尔透镜；腔式集热器
中图分类号TK519文献标识码A文章编号1674-6708（2016）172-0296-03
太阳能具有普遍广泛、清洁无害等优点，且开发利用方式多样，而将太阳能转换成热能加以利用是其中能量利用率较高和应用较为广泛的方式[1]。在光―热转换过程中，聚光集热系统作为核心部件，故对其的优化设计尤为重要。
众多国内外学者对应用于不同场合的聚光集热系统进行了大量设计。K.Lovegrove，G.Burgess等[2]设计并建立了一个500m2的碟式聚光集热装置，由380块完全相同的1.17m×1.17m的球面镜拼装而成，聚光倍数为2000倍以上。熊亚选、吴玉庭等[3]为10kW分布式太阳能热―电联供系统设计制造了大型的槽式太阳能聚光集热器，其光热转换效率超过60%。TaoTao，ZhengHongfei等设计的槽式太阳能聚光集热器采用多曲面聚焦，让经过上曲面未聚焦的光线转移到下曲面进行二次聚焦，使太阳能接收器受上下两面的聚焦加热，提高了接收器的效率。J.Llorente，J.Ballestr？′n等设计了一种新型太阳能菲涅尔反射聚光集热装置，该装置由864块15cm×12cm的镜面在9个环上镶嵌而成，当所有镜面均聚焦到同一点时，良好天气条件下吸热处的温度为1500K。
本文提出一种模块化设计的聚光集热系统，以聚光器和集热器为设计对象，既可以充分利用普通菲涅尔透镜大聚光比的特点，又能得到低成本、高效率的聚光集热系统。
1聚光集热模块描述
本文设计的聚光集热模块主要有3部分组成：菲涅尔透镜、腔式集热器和工质输送管。其结构如图1所示。
经菲涅尔透镜聚焦的光线进入腔式集热器内部后，通过在涂有吸收涂层的腔体内壁上多次反射吸收，由工质输送管内流动的冷工质将腔体内的热量带走，实现光―热转换。
2聚光集热系统设计
2.1等厚菲涅尔聚光器设计
本文所采用的等厚菲涅尔透镜中心为球面透镜，记作第1环，从中心向外依次为2，3，4，……，n环。由几何光学知识推导、整理后，可得平行光经中心球面透镜折射后在菲涅尔透镜焦平面上形成的焦斑半径为
式中：f为菲涅尔透镜的焦距，N为透镜材料的折射率，1r为中心球面透镜的半径，h为中心球面透镜高度。
如图2所示为太阳光垂直入射到透镜的平面一侧时的光路图。
目前高倍聚光菲涅尔透镜设计时焦径比一般设定为1.2。现将等厚菲涅尔透镜的参数确定如下：大小为520mm×520mm，焦距为f=620mm，厚度为2.5mm（其中棱镜高度为h=0.5mm），聚光倍数为1000倍以上，聚光效率不低于85%，光斑在直径Φ25mm的范围以内，折射率为N=1.4111。根据式（2），利用MATLAB软件编程计算，结果显示该菲涅尔透镜共有421环。
2.2腔式集热器设计
腔式集热器由3部分组成：双曲线、半圆和半椭圆。曲线方程如下：
双曲线1：
将上述方程得到的曲线集合在一起并封口，可得到腔式集热器的几何结构，利用SolidWorks进行方程式驱动建模，得到集热器模型，其中集热器整体高为220mm，壁厚为2mm，如图3所示。
2.3聚光集热模块设计
如图4所示，聚光集热模块主要由等厚菲涅尔透镜、腔式集热器、热交换管和连接管等组成。
结果显示，腔体内壁面对入射光辐射吸收的分布情况为：椭圆腔体部分占88%，圆和双曲线腔体部分总共占6.9%，其他损失占5.1%，其中绝大部分损失是由于“颈部”光强较大导致的辐射热损失。总的来说，集热器的热效率在85%以上且光学性能和热性能良好。
图6所示为工质在输送管内的模拟流速分布图。从模拟结果可以看出，传热工质在腔式集热器椭球下部附近流速较快，可快速将腔式集热器椭圆部分“蜗居”的热量带走，防止集热器局部高温造成热损失。
4结论
本文设计了一种新型的模块化太阳能聚光集热系统，其核心部件是等厚菲涅尔透镜和腔式集热器。经模拟仿真，在理想情况下，聚光器聚光比大于2000且光学效率达到91.298%；腔式集热器热效率在85%以上且热性能良好；同时，输送管内传热工质热传递效果良好，既可将集热器椭球部分的聚集热量快速带走，又能充分保证其他部分与工质的热传递接触时长。
参考文献
[1]陈德明，徐刚.太阳能热利用技术概况[J].物理，2007，36（11）：840-846.
球面透镜的光学特性篇3
《银河》在空旷的塞罕坝上，接近农历月底，银河清晰地横亘夜空，利用佳能机身高感画质好的特点，在ISO3200拍摄，EF14F2.8LII进行了1分钟的曝光（缩短曝光时间以便获得星点），由于没有使用赤道仪，地球的自转使星点变得不太结实，但可以看到EF14mmF2.8LII镜头的2片UD镜片很好地抑制了拍摄夜空星点时高光边缘易出现色散的问题，可以看到高光的星点和星带边缘没有任何色彩溢出现象。
很少有厂商像佳能这样维持着如此繁复的定焦镜头产品线，时至今日，佳能仍坚持每个常用焦段配置2至3只不同档次定焦镜头。接下来，就让我们听听三位职业摄影人是如何评价自己的佳能定焦镜头的！
极致视角创意个性化镜头
能够获得独特拍摄视角，并能合理控制畸变的佳能超广角定焦镜头，至今已经发展了两代。代表最新技术成就的第二代佳能14mmF2.8L镜头即EF14mmF2.8LIIUSM。EF14mmF2.8LIIUSM的成像质量的提高是非常显著的，这要归功于EF14mmF2.8L二代在一代的基础上大胆改革了镜组的光学结构，14片11组镜片中包含的2片UD超低色散镜片和2片精密模铸非球面镜片，有效保证了镜头的色差控制和畸变控制。
小溪变成河谷14mm镜头独特的透视效果
佳能EF14mmF2.8LⅡ镜头最吸引人的地方在于具有容纳一切的114度视场，强烈的近大远小透视效果，绝佳的边缘成像能力，厚重里带些“油润”的画质——特别是对畸变的有效控制（一般15mm镜头就开始出现明显的鱼眼效果了，这只14mm镜头仍是超广角范畴），是我选择这只EF14/2.8LⅡ作为风光摄影挂机头的理由，在《大峡谷的秋季》这幅作品创作中，在离地10几公分的高度拍摄，它让一个1米多宽、10多米长的小溪，看起来几乎变成了一个河谷。
宛若油画14mm镜头完美的畸变控制效果
《乌兰布统的雨后》夏季的草原，我在雨中手持大马三和EF14mmF2.8L镜头耐心等待，暴风雨后的天空往往不是出现“电筒光”就是呈现“彩虹”，利用EF14F2.8LII的大视场，将近处的山体、中景的彩虹和远景草原作了空间结构的交代。镜头中的精密模铸非球面镜片使得像场变得尽可能平坦，几乎感觉不到一般超广角镜头易出现的照片球面变形。
超大光圈在深夜也能轻易凝结画面
拿着50mmF1.2这个「夜之眼在晚间有路灯照明的街道上抓拍是一件很惬意的事情，在京都的大街上，我用ISO800的感光度就获得了1/80s的快门速度，行走中的艺妓身影被清晰地凝结下来，同时焦外背景的灯光被完美地柔化，这都是拜F1.2的超大光圈所赐。
AF时代的夜之眼顶级画质的代表
对于多数相机和镜头制造商来说，进入自动对焦时代之后，最大光圈的标准镜头就是50mmF1.4。因此，很多人面对F1.2的50mm镜头会感到担心——相机能满足如此大光圈镜头的AF精度么？然而对于佳能来说，这早已是家常便饭，相比1989年的佳能EF50mmF1.0LUSM，如今的EF50mmF1.2LUSM是个晚辈，而且在技术指标上也绝非过分张扬的镜头。稍稍缩小的最大光圈换来了更合理的体积以及更成熟的操控和成像表现，对于人像摄影师来说，这样大的光圈和无畸变的视角能够让他们完成严格符合传统审美观点的肖像照片，而对于纪实摄影领域的工作者来说，大了一档的光圈则意味着更多的“决定性”拍摄机会。
完美的光学镜组结构为F1.2光圈提供极致分辨率
EF50mmF1.2LUSM镜头让人们印象深刻的不仅仅是它的大光圈，这是一只罕见的“个性化”的标准镜头，6组8片的光学结构，自动对焦时代以来罕见的偶数光圈叶片（8片）和同类镜头中极少见的72mm滤镜口径以及防水滴防尘的外镜筒工艺……所有这一切都是为了保证F1.2超大光圈下也能保持顶级的画质！当然，这其中最关键的还是那片用高折射率玻璃制造的大口径精密模铸非球面镜片，它为EF50mmF1.2LUSM镜头带来了同类镜头中前所未有的平坦画面和出色的边缘分辨率。
大口径非球面镜片赋予EF50mmF1.2L出色的近摄能力
由于大口径高折射率非球面镜片的采用，EF50mmF1.2的画面非常平坦，几乎可以客串微距镜头，从这张室内手持拍摄的棋盘照片中可以看到，透视效果没有任何夸张，忠实还原了人眼所能看到的场景。
第二代400mmF2.8L镜头的USM技术更快定格精彩瞬间
两张滑雪运动员的图片，是在因斯布鲁克举行的首届青年冬奥会U型台自由式滑雪比赛中拍摄的，得益于EF400mmF2.8LISII代镜头的USM技术，在运动员腾起做出优美动作的一刹那，配合佳能旗舰级机身，在瞬间迅速而精确地锁定了滑跃到半空中的运动员。
竞技摄影利器：EF400mmF2.8LISIIUSM堪称视野与速度的完美结合
体育赛事的拍摄，有着很强的局限性，因为拍摄对象是固定的，摄影师的拍摄位置也都被安排在非常有限的区域，想要拍出独特、有个性的视角，几乎是不可能的。而镜头将不可能变成了可能。其400mm的长焦距，可以说是拍摄体育题材的不二之选，更由于其定焦镜头的特性并搭载了佳能独有的USM技术，将对焦的速度发挥到极致，非常利于快速地锁定拍摄对像，在操控性上也给摄影师提供了很大的便捷。
瞬间锁定体育摄影不二法宝
佳能在去年推出的这只第二代400mm镜头（EF400mmF2.8LISIIUSM），不仅在重量上减轻了近三分之一。更重要的是新的二代镜头聚焦速度更快，成像质量更佳，摄影师在使用时不仅可以拍出优秀的影像，也在拍摄过程中因为手中“武器”的性能提升而乐在其中。
球面透镜的光学特性篇4
一、乌伦堡天文台
十六世纪，尼古拉・哥白尼提出了“日心说”挑战托勒密的“地心说”，正当他们争执不下的时候，丹麦天文学家第谷认为，要解决这个问题，要创立一个满意的星体运行理论，必须精确掌握星体的运行位置，因此，首先必须解决对星体运动位置的描述，建立高度精确的多年星置图表，第谷在哥本哈根海峡的一个荒岛上建立了一座完善的天文台――乌伦堡天文台，并着手改进了仪器设备，他增大了观测仪器的尺寸并安装在坚固的基座上，对仪器进行了精密的刻度设计，从而提高了仪器的精密度、稳定性和长期反复观测读数的可靠性，第谷还对大气的折射效应进行了修正，使他对各行星位置的观测误差小于2，这在没有望远镜的年代里，真可谓将人类肉眼观测的能力达到极限，他把千百年来的行星位置图表中的错误一一纠正过来，编制了777个星体的位置图表，这些图表至今仍有较高的使用价值，第谷被后人誉为“星学之王”，并把天上的一颗恒星命名为“第谷星”。
德国科学家开普勒对哥白尼“日心说”描述天体运动的和谐性、简单性十分赞赏，他认为这种和谐性一定会有数量的规律性，并在1596年发表《宇宙的秘密》一书，提出了一个宇宙模型，年迈的第谷非常赏识开普勒的丰富想像力和数学天才，为了不让自己的毕生心血付之东流，决定接纳开普勒为他的助手。
开普勒仔细整理了第谷留下的观测资料，并进行了仔细的分析，通过多次的探索计算，归纳出了开普勒三定律，由于开普勒把第谷的宏大数据表转化为一个简单的可以理解的曲线和规律的体系――开普勒三定律，且与观测资料十分吻合，所以很快得到了天文学家们的公认，而开普勒也得到了“天空的立法者”的光荣称号。
二、望远镜的诞生
1608年荷兰的眼镜匠利佩希在制造眼镜镜片时，把一块凸透镜和凹透镜合在一起往外看，远处的物体就变近了，他偶然地造出了第一架望远镜，它的目镜为凹透镜，发明望远镜的消息迅速在欧洲传开，伽利略对这个发明很感兴趣，他用数学进行计算，研究用什么样的镜片，怎样组合在一起效果比较好，最后伽利略做了两根管子，一根管子的一端放置凸透镜，另一根管子的一端放置凹透镜，其中一根稍微细一点，正好可以套住另一根管子里面，可以自由滑动，这样观察的时候，就可以来回调节，选择合适的距离，就这样，经过反复的研制和试验，终于在1609年发明了世界上第一架能放大32倍的望远镜，开普勒在此基础上又设计了由两个凸透镜构成的开普勒望远镜，第一架开普勒望远镜由天文学家沙伊纳制成，并很快就取代了荷兰望远镜，这不仅是因为它的视野较宽，更重要的是它能把遥远物体的像同放在两透镜共同焦点处的小物体相比较。
但是当时的折射望远镜存在明显的缺陷，其透镜产生的像差严重影响着观察到的像的清晰度，为了解决这个问题，牛顿经过多年的研究，于1668年完成了自己的设计，他自己磨制反射镜，成功地制造了第一架反射望远镜，其全长只有15cm，口径为2.5cm，而放大倍数和当时的2m长的折射望远镜相同，1672年，牛顿又制造了第二架更大的反射望远镜，全长为1.2m，口径为2m，并把它献给了英国皇家学会，这架反射望远镜至今仍保存在英国皇家学会图书馆内。
望远镜的诞生，标志着现代天文学的诞生，它拓展了人类的视野，人类把发明制造的望远镜指向浩瀚的天空，发现了月亮上的山脉、火山口，发现了木星的四颗卫星，发现了太阳黑子……它宣告了哥白尼“日心说”的胜利。
1924年，美国天文学家埃德温・哈勃在加利福尼亚州的威尔逊天文台，将一架口径254cm的望远镜指向仙女座星云，这片云状物立即在望远镜里分解成许多恒星，这使人类认识到，不仅地球不是宇宙的中心，太阳也不是银河系的中心，银河系是直径达10万光年，内有1000多亿颗恒星的大圆盘，这样的巨大星系在浩瀚的宇宙中也只是沧海一粟，地球在宇宙中的地位越来越低，而人类的视线不断地突破新的疆域，投向更远的地方，从某种意义上讲，望远镜的发展始终伴随着现代天文学的发展。
近期，我国将建造LAMOST光学望远镜，建成后的望远镜，两块大镜面的子镜数达到24块和37块，光纤数达到4000根，光谱仪数量达到16台，它的建成将打破大视场望远镜不能兼有大口径的瓶颈，被国际上誉为“建造地面高效率的大口径望远镜最好的方案"，LAMOST望远镜将成为我国也是国际上最大的大视场光学望远镜(主镜口径等效圆直径为6m)，中国人用自己的智慧将在技术上创造多个世界第一，使人类观测天体光谱的数目提高一个数量级(至千万量级)，
三、太空天文台
地球被一层大气包围着，来至于遥远星系的光要通过厚厚的大气层才能到达天文望远镜，这就好比潜水员在水下看岸上的物体模糊不清，加之大气中的烟雾、尘埃以及水蒸气的波动、地面的振动和超大镜片受重力作用而引起的形变等，对天文观测都有影响，为了排除以上干扰，人类试图将天文台建在大气层外的太空中。
1990年4月25日，美国航天飞机将“哈勃”空间望远镜送到离地面575km的环地轨道上，以2.8×107m/h的速度绕地球飞行，建造了世界上第一个完整的、性能卓越的太空天文台，“哈勃”空间望远镜总长12.8m。镜筒直径4.27m，主镜直径2.4m，全重11.5t。
“哈勃”空间望远镜包括全部自动化仪器设备，主镜、副镜、成像系统、计算机处理系统，中心消光圈、主副镜消光圈、控制操纵系统和图像发送系统，以及两个长11.8m、宽2.3m,能提供2.4kW功率的太阳电池板，两部与地面通信的抛物面天线等。
“哈勃”空间望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜，它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地面上天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到1.6×107m外悉尼的一只萤火虫，“哈勃”空间望远镜所收集的图像和信息，经人造卫星和地面数据传输网
络，最后到达美国的太空望远镜科学研究中心，这些极其珍贵的太空图像和宇宙资料，展露了宇宙中许多不为人知的物体与事件，使天文学取得了突破性的进展。它证实了一些理论，也了另一些理论，还发现了一些人们对之毫无准备却需要创立新的物理理论来解释的现象，“哈勃”空间望远镜为人类深层次了解宇宙立下了汗马功劳。
“哈勃”空间望远镜预计2010年“退，休”，21世纪的太空望远镜研制计划正紧锣密鼓地在全世界范围内展开21世纪初叶，将有数台大型天文观测设备送入外层空间，它将是继“哈勃”空间望远镜取得的辉煌成就之后，人类探测太空的又一次大手笔。
美国正在积极筹划研制“詹姆斯・韦伯”太空望远镜，预计在2013年升空，旨在接替目前在轨运行的“哈勃”空间望远镜。
“韦伯”空间望远镜六边形主镜直径达6.5m，它的“视力”为“哈勃”的6倍，清晰度却不亚于“哈勃”，“韦伯”空间望远镜预定重3000kg，制造这么大而又这么轻的镜片，要求在材料上要有巨大的突破和进展。
“韦伯”望远镜将被发射到地球公转轨道的外侧距离地球150万千米的太空中绕太阳转动，它将背对地球，同时还保持与地球相同的角速度，永远藏在地球的背面，成为与地球同步绕太阳运行的一颗人造小行星，这样能躲避太空中的大部分杀手。
“韦伯”空间望远镜进入预期轨道后将打开它那网球场般大小的“眼罩”，这样可以保证自己不被太阳光灼伤，同时将折叠的巨大镜片逐渐展开。
“韦伯”望远镜带有高精密红外探测装置，专门用来观测那些宇宙深处冰冷黯淡的行星，它肩负着地球人的使命，去探寻“大爆炸”后宇宙诞生早期的第一批星系，去努力寻找宇宙深处的文明。
四、地下、海底天文台
地下、海底天文台是人类观测宇宙的另一个窗口。
地下天文台没有光学望远镜，也不用射电望远镜，它探测的是一种宇宙中不带电的基本粒子――中微子，中微子质量小，速度快，一般不会和电子及原子核发生相互作用，所以它贯穿能力特别强，几乎能毫无阻碍地穿越宇宙中的任何天体和星际物质，而到达地球；科学家们把天文台搬到地下，目的是利用地表岩石或海水来阻断来自宇宙深处的其他粒子，专门捕获中微子，进行更深层次的天体观察。
地下天文台的主体是一个巨型水槽．中微子穿过水槽时，与水中带电的氢、氧原子碰撞的可能性很小，但如果它与某带电粒子发生了碰撞．带电粒子会从中微子那里得到能量，加快运动速度，并向外辐射被称作杰连科夫光的蓝绿光．当超高灵敏度的光检测仪捕捉到这种极微弱的光后，就能根据其强度、飞行距离，换算出中微子能量的大小，再根据运动方向判断出中微子的来源方向，推断出天体的位置。
由加拿大、美国和英国联合投资建造的位于地下2000m的加拿大萨特伯里中微子观测中心，其中央是一个球形水槽，能装1000t重水．重水具有捕捉中微子的最理想的特性．这个球体四周有1万部光探测仪，用来记录中微子与重水碰撞时释放的微光．这个地下天文台将于今年正式运行，它将有望揭开太阳内部和超新星爆炸等宇宙之谜。
球面透镜的光学特性篇5
一、选择题(本题共12小题，每小题2分，共24分，每小题给出的四个选项中只有一个选项正确)1.手拨动琴弦，发出悦耳的声音，发声的物体是A.手指B.弦柱C.空气D.琴弦2.下列关于某中学生的数据符合实际的是A.身高1.65mB.心脏跳动一次时间5sC.体温27℃D.步行速度8m/s3.如图所示，是常见的交通标志牌，其中与声现象有关的是4.2012年9月，中国的第一膄航母辽宁号服役，指挥员指挥航母的战斗机“歼—15”起飞的航母“style”动作令人振奋，选择下列哪个物体为参照物，可以认为起飞的“歼—15”是静止的A.“歼—15”上的飞行员B.大海C.辽宁号航母D.航母上的指挥员5.下列光现象中，由于光的反射而形成的是6.使用温度计测量液体温度时，如图所示的四种方法中正确的是7.下列自然现象中，属于熔化现象的是A.春天，冰雪消融B.夏天，露水晶莹C.秋天，薄雾缥缈D.冬天，瑞雪纷飞8.如图所示，探究光的反射规律的实验装置中，可沿ON折叠的白色硬纸板垂直放置于平面镜上，光线AO紧贴纸板射向镜面的O点，为研究反射角与入射角间的关系，实验时应进行的操作是A.绕ON前后转动板EB.绕ON前后转动板FC.改变光线AO与ON间的夹角D.改变光线OB与ON间的夹角9.如图是楼梯中的一部分，从A到B是长短不同的铁护栏。一个同学用一根小木棒迅速从B到A逐一敲过铁护栏栏杆，此过程中，一定发生改变的是声音的A.音调B.响度C.音色D.音色和响度10.摄影师抓拍到了一个有趣的场面(如图)：一只乌鸦站在飞翔的老鹰背上休憩。下列说法正确的是A.以地面为参照物，乌鸦是静止的B.以乌鸦为参照物，老鹰是运动的C.老鹰飞行时在地面上的影子是由于光的直线传播形成的D.老鹰的双翅展开的长度约为30cm11.下图(甲)是某物体运动的s-t图像，则图(乙)中能与之相对应的v-t图像是12.在探究凸透镜成像规律的实验中，当烛焰、凸透镜、光屏处于如图所示的位置时，恰能在光屏上得到一个清晰的像.利用这一成像原理的光学仪器是A.投影仪B.照相机C.放大镜D.显微镜二、填空、作图题(本题共16小题，每空1分，作图每题2分，共37分)13.如图所示，下列两个图中读数依次为_______cm，_______℃。14.红外线具有_________效应，紫外线最显著的性质是____________________.对于验钞机、电视机遥控器、响尾蛇捕食和医院诊断病情用的B超来说，其中属于紫外线应用的是______________。15.人说话的声音是声带__________产生的，“闻其声而知其人”是根据声音的__________来判断的。16.妈妈骑车送小明上学，妈妈叫小明“坐好别动”，是以__________为参照物，若以小明为参照物，路旁的树是_______________(填“运动”或“静止”)的。17.阳光下看到一朵花是红色的，是因为这朵花反射_______光;透过蓝色的玻璃看这朵花，则这朵花呈现________色。18.一束光从空气斜射到某液面上发生反射和折射，入射光线与液面成30°角(如右图)，反射光线与折射光线的夹角为83°，则反射角的大小为_________°，折射角的大小为_______°。19.在解决物理问题的过程中，我们常常会用到一些隐含的已知条件。在l标准大气压下，把水烧开，隐含条件：开水的温度为__________℃;利用激光测月球距地球的距离，隐含条件是：光在真空中的传播速度为_________m/s。从地球发出的激光到达月球反射回地球共2.56s,则地球到月球的距离约_______km。20.近视眼看远处物体像落在视网膜的________，近视眼镜的镜片是________透镜，它对光线具有________(选填“会聚”或“发散”)作用。21.护士帮病人打针前，通常会先用酒精棉球对注射处进行消毒，此时病人会感到该处________(填“热”、“冷”)，原因是酒精涂在该处会发生_______(填物态变化名称)现象。护士测量病人体温用的体温计是利用液体________的性质而制成。22.一束太阳光通过三棱镜折射后，被分解成七种颜色的光，如右图所示，这个现象叫光的__________，只有用________色光屏，我们才能看到看到七彩光带。23.一辆小轿车在高速公路上行驶时的速度为85_______(填上合适的单位)，按照这个速度走完255km的路程需要的时间为______h。24.做“水的沸腾”实验时，通常用温水而不用冷水，这样做的目的是______________;若实验时不小心被等量①沸水烫伤;②水蒸气烫伤，烫伤更严重是______(填“①”或“②”)，其道理是___________________。25.如图所示是小伟通过实验得到的凸透镜的像距v和物距u关系的图像，由图可知凸透镜的焦距是______cm;当物距为5cm时的成像特点可应用于_______(填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”)。26.如图所示，请根据平面镜成像的特点，由像画出平面镜前的物体AB。27.完成下面的光路图。28.如图所示，一束光从直角三角形玻璃AB面垂直射入，并从玻璃AC面射出。请画出该过程的光路图。三、计算题、实验探究题(本题共8小题，共39分，35作图2分，解答29题时应有解题过程6分)29.一列以144km/h匀速行驶的列车，宽2.5m的车厢被垂直于列车运动方向射来的一颗高速子弹击穿，在车厢两侧留下的弹孔沿列车前进方向的距离为l0cm求:(1)列车的速度合多少m/s?(2)列车移动10cm的时间?(3)子弹击穿车厢后在车厢中的速度多少m/s?30.在探究“冰的熔化特点”实验中，(1)如图甲所示，是小明根据实验数据作出的冰加热时温度随时间变化的图像。分析图像可知，冰的熔点是_______℃，其熔化过程的特点是吸热温度___________。在第2min该物质处于________(选填“固态”、“液态”或“固液共存状态”)。熔化过程经历了______min。(2)另一个小组采用如乙图的实验装置，你认为该装置存在的不足是___________________(写出一个即可)。31.李树家装修新房时考虑声学吸音效果。他想比较几种常见装修材料的吸音性能，他找来相同的四种小块材料(聚酯棉、软木、泡沫)，进行了图示实验：桌面上放一个玻璃杯，在玻璃杯下分别放上待测试的小块材料，将悬挂在细线下的小球拉到同一高度释放去敲击玻璃杯，仔细比较玻璃杯发出的声音大小。(1)他找来相同的四种小块材料(聚酯棉、软木、泡沫)，这里的相同主要是指_______________(质量、体积、厚度)。(2)小明实验数据记录如下表：材料种类聚酯棉软木泡沫玻璃杯发声大小最小较大最弱较弱你认为表中空格处应填入______________;(3)小明实验中的三种材料，仅从吸音性能的角度考虑，最适合隔音墙装修的是________________;(4)从上面实验中你认为影响吸音性能的因素有__________(写出一个即可)。32.某物理兴趣小组利用带有刻度尺的斜面，小车和数值钟“测量小车的平均速度”，如图所示，图中显示的是他们测量过程中的小车在甲、乙、丙三个位置及其对应时间的情形，显示时间的格式是“时：分：秒”(1)该实验是根据公式________________进行测量的.(2)实验中，为了方便计时，应使斜面的坡度较________(填“大”或“小”)(3)请你根据图示完成下表小车由甲至乙小车由乙至丙小车由甲至丙路程S/cm266490时间t/s24平均速度v/(cm•s-1)33.小明发现，在使用如图所示的装置做碘的升华实验时，很容易造成碘的熔化.针对上述不足，小明与他的同学们讨论后将实验进行改进：将装有固态碘的玻璃管放入沸水中，玻璃管中很快就有紫色的碘蒸气产生，并排除了碘熔化的可能性.实验表明在碘升华和熔化时需要__________热量.是什么因素影响碘的升华或熔化，你的猜想是__________________。34.同学们在做“探究平面镜成像特点”的实验时，王成在竖立的玻璃板前20cm处放一支点燃的蜡烛A，蜡烛高12cm，烛焰高4cm，发现在玻璃板的后面出现蜡烛的像，他再取一段同样的点燃蜡烛B放在像处，使B与蜡烛A的像完全重合;如图所示.(1)A蜡烛的烛焰像高____________cm;(2)实验中的错误之处是_________________________(3)纠正了错误之后，为了使像看起来更清晰，他在___________的环境中进行(选填“较亮”或“较暗”);(4)将A蜡烛以5cm/s的速度匀速远离玻璃板2s时，B蜡烛应与A相距____________cm才可能与A的像完全重合。35.如图所示，“研究水的沸腾”的实验中。(1)为完成实验，表中的数据表明，选用的温度计的测温物质应为____________。测温物质凝固点/℃沸点/℃水银-39357酒精-11778(2)温度计刚插入热水时，管壁模糊，很难看清示数，原因是_______________。(3)往烧杯上方加一纸盖，每隔1min记录温度计示数，4min时温度计的示数如图丙所示，温度值为______℃，直到水沸腾一段时间后停止读数，由表可知水的沸点为______℃。时间/min012345678温度/℃8890929497989898(4)根据表中数据，画出水温随时间变化的图象。36.某实验小组进行“探究凸透镜成像规律”的实验：(1)由图甲可知，该凸透镜的焦距是_________cm。(2)实验时凸透镜与光屏的高度已调好，但烛焰在光屏上像的位置偏低，要想使像成在光屏中央，应调节蜡烛使烛焰向_________(填“上”或“下”)移动。(3)如图乙所示，若在光屏上(光屏未画出)得到清晰放大的实像，则烛焰应位于透镜左侧a、b、c、d四点中的_______点，此成像规律应用在___________上(填一种器材名称)。⑷小莉同学将自己的近视眼镜镜片放在了蜡烛与凸透镜(靠近凸透镜)之间(如右图所示)，小明移动透镜和光屏，直到在光屏上得到了一个倒立缩小的清晰的像，将近视眼镜镜片取下，发现光屏上的像变模糊了。①为了使屏上的像重新变得清晰，在不移动蜡烛和凸透镜位置的前提下，小华应将光屏向_______(左/右)移动。②下列四个选项中，正确表示小莉同学近视眼成像和矫正情况的是()A.乙甲B.丙甲C.乙丁D.丙丁八年级物理参考答案及评分标准一.选择题(本题共12小题，每小题2分，共24分)题号123456789101112答案DACABAACACBB二.填空题(本题共12小题，每空1分，共30分)13、3.16-614、热使荧光物质发光验钞机15、振动音色16、自行车运动17、红黑18、603719、1003×1083.84×10520、前凹发散21、冷汽化(蒸发)热胀冷缩22、色散白23、Km/h324、缩短加热时间(节省燃料)、②、水蒸气液化放热25、10放大镜26、27、28、略三、计算题、实验探究题((本题共8小题，共39分，35作图2分，解答29题时应有解题过程)29、(1)40m/s、(2)0.0025s(3)100030、(1)0、不变、固态、6、(2)不用酒精灯加热(受热不均)31、(1)厚度(2)材料吸音效果(3)聚酯棉(4)材料种类(厚度、硬度)32、(1)v=s/t、(2)小(3)小车由甲至乙小车由乙至丙小车由甲至丙路程S/cm时间t/s6平均速度v/(cm•s-1)13161533、吸收、温度34、(1)4(2)B蜡烛不要点燃(3)较暗(4)6035、(1)水银(2)水蒸气液化(3)96、98(4)作图2分36、(1)15.0(2)下(3)C、投影仪(幻灯机)(4)左、B
球面透镜的光学特性篇6
【关键词】空间光通信;光学系统设计;光学天线;增益;偏轴
0.引言
随着航天技术的不断发展,目前围绕地球轨道运行着数以千计的各种飞行器,这些飞行器之间以及飞行器与地面站之间都需要进行通信。庞大的通信数据量给通信系统带来极大的挑战,同时大量卫星通信地面站的建立也会带来庞大的地面运行、维护费用及大量的地面运行维护人员,这些都会降低系统的效率、可靠性及保密性。因此,建立卫星与卫星间的通信链路——中继星及中继链路变得势在必行。相对于传统的通信方式相比，空间光通信的主要优点是：
(1)具有微米级的波束发散角。(2)高数据传输率。(3)体积小、重量轻。(4)架设灵活方便。(5)保密性强。(6)无需申请频率。(7)经济性适用性强。
1.空间光通信中光学天线系统设计
1.1光学系统设计概述
随着科技的飞速发展，光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。光学系统作为光学仪器的核心部分，其像质的优劣决定了光学仪器整体质量的好坏。然而，一个好的光学系统是靠好的光学设计去实现的。所以，光学系统设计是实现各种光学仪器的基础。所谓的光学系统设计，就是根据仪器所提出的使用要求，来确定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的外形体积、重量、性能参数和各光组的结构等。
光学系统设计是20世纪发展起来的一门学科，至今已经历了一个漫长的过程。最初生产的光学仪器是利用人们直接磨制的各种透镜，并把它们按不同情况进行组合，找出成像质量比较好的结构。但这需要花费很长的时间、人力和物力，而且未必能找到满意的结构。所以，后来便用计算的方法代替这过程，即利用“光路计算”或“像差计算”来确定光学系统的结构参数。与实际制作透镜相比，这当然是一个很大的进步，但这样的方法仍然不能满足光学仪器生产的需要。因为光学系统的结构参数与像差之间的关系相当复杂，要找到一个理想的结果，需要经过长期的计算过程。光学系统设计经历了人工设计和光学自动设计两个阶段，实现了由手工计算像差、人工修改结构参数进行设计，到使用电子计算机和光学自动设计程序进行设计的巨大飞跃。
1.2光学系统设计概述过程
(1)根据使用要求制定合理的技术指标。从光学系统对使用要求满足程度出发，制定光学系统合理的技术指标。
(2)光学系统总体设计。这过程的核心是确定光学原理方案和外形尺寸计算，一般都按理想光学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。
(3)光学部件的设计。一般包括选型、确定初始结构参数和像差校正三个阶段。
(4)长光路的拼接和统算。以总体设计为依据，以像差评价为准绳，来进行长光路的拼接和统算。若结果不合理，则应反复计算并调整各光组的位置和结构，直到达到预期目标为止。
1.3学系统设计软件
常用的光学设计软件有两类，一种用于设计照明系统，另一种用于设计成像系统。常用的照明设计软件有Lightools、Tracepro和ASAP，成像设计软件有Codev、Zemax和Oslo。
收光学天线，它是空间光通信系统的重要组成部分。发射天线的作用是对光束进行双曲线的实轴，b0为双曲线的虚轴，2c0为双曲线焦距。并运用先进的光学设计软件Zemax对结构进行优化。
1.4光学天线系统的设计要求
光学天线系统的主要设计要求如下：
(1)光学天线有较大的入瞳直径，以便能最大限度地收集来自光源的信号。
(2)天线的成像质量高，斯特列尔比(StrehlRatio)大于0.8。
(3)天线主、次镜反射率大于95%，透镜透射率大于90%。
(4)光学主天线(卡塞格伦天线)具有低的遮挡率，小于0.4。
(5)系统中所有的光学零件采用的材料质量轻，热膨胀系数小，稳定性高，使用寿命长。
2.卡塞格伦天线子系统的设计
2.1卡塞格伦天线子系统的镜面组合
本系统中的卡塞格伦光学天线采用抛物面镜作主镜，双曲面镜作次镜，且抛物面与双曲面共焦。下面将对抛物面镜和双曲面镜的方程及参数进行介绍。
2.2卡塞格伦天线子系统的成像质量分析
常用的评价方法有：点列图、瑞利判断、斯特列尔(Strehl)判断，点扩散函数(PSF)、光学传递函数(MTF)、波像差、场曲和畸变曲线等。
3.光学天线系统的设计
发射端光学天线的作用是将光源的发散角压缩后再通过发射望远镜进一步准直。接收端光学天线的作用是将接收到的空间激光信号收集并汇聚到光接收器件的有效接收表面光学系统设计的准则是：只要可以满足成像质量要求，设计的系统越简单越好。发射光与接收光利用分色镜隔离，本系统有三条通道：发射通道、实验通道和接收通道。下图为接收光学天线系统的三维仿真图，发射光学天线系统图与其类似。
在接收光学天线系统中，激光束先由接收卡塞格伦天线主、次镜反射后传到双分离透镜，经过双分离透镜准直整形和分色镜透射后的光束发将变窄，然后凹透镜再对光束进一步准直。为了隔离杂散光及背景光，在凹透镜前插入了一个滤波片。经滤波片和分束镜后出来的光束将分成两束光，此时的光束宽度约7.3mm。透射出的光经汇聚后进入实验通道。而为了实现耦合透镜对入射光的要求（光束宽度小于2mm）和提高系统的成像质量，经分束镜反射后的光束先经压缩透镜组整形后再进入耦合透镜。最后以FC/PC光纤引出，进入后面的模块。
4.光学天线系统的测试及性能分析
4.1光学天线系统成像质量分析
系统焦平面成像达到了衍射极限，与卡塞格伦天线子系统的像质比较，光源经过整个系统后的像质更优劣，这是因为经过相对较多的光学元件后，像差得到了更好的校正。
4.2光束发散损耗
随着通信距离、发散角的增加和接收天线主镜口径的减小，由于光束发散引起的损耗越来越大。但是我们从图5-4中可以看出，在相同传输距离下，当接收系统孔径超过10cm时，由接收孔径大小造成的损耗差别很小，并且随着传输距离的增加这种差别会更小。因此，综合损耗因素和系统体积因素，接收孔径一般在10cm～20cm左右。