<正> 近几年来,由梯度折射率光纤制成的自聚焦透镜在微型光学系统、光纤通讯、医用光学诊断器和复印机等方面的用途越来越广泛。这些应用是多种技术发展的结果,但更离不开测量技术。自聚焦透镜的光学特性参数测量与普通透镜的略有不同,它需用若干专用仪器,数据处理也比较复杂。本文介绍一种用常规仪器的简易测量方法,测量这些光学特性参数,可以解决一般应用中的测量问题。 (一)周期长度p和焦距f′的测量一束平行光垂直射入自聚透镜上时,在子午面上,透镜内任一截面上的光束半径由(1)式确定,即

内窥镜是医学微创手术的首选设备,而基于自聚焦微透镜的内窥镜因能达到传统光学及电子内镜无法满足5mm以下管腔微创手术的要求,又可最大限度减少患者痛苦和手术风险而成为内镜发展的主流趋势。利用0.1mm～3mm的自聚焦微透镜核心技术研制新一代超细内镜诊疗设备系列产品,其外径0.9mm～8mm,可作为妇科医生常规检查的新式武器——＂看诊器＂,用于阴道、宫腔及输卵管疾病的无创及微创诊疗,是传统光学宫腔镜的升级换代产品,并可向血管、胆管、眼科等各种细小管腔疾病的微创诊疗产品延伸。

提出并实现了应用于光学相干层析系统（OCT）的快速扫描探头结构。该探头利用带有自聚焦透镜的光纤悬臂的共振特性，通过对压电双晶片施加共振频率下的方波电压，实现光纤悬臂的一维线性扫描。利用二维位置敏感探测器，同步记录扫描轨迹。通过软件对光纤延迟线的非线性进行校正。并将扫描探头应用于OCT系统中的玻片实验，获得清晰玻片的二维图像。该探头具有结构简单、易于控制、成本较低、精度较高、速度较快等优点。

系统用自聚焦透镜代替共焦扫描显微镜中的聚焦透镜,将自聚焦透镜体积小的特点与共焦显微技术的轴向高分辨力和绝对位置跟踪特性有机结合,具有测头微小型化,高的轴向分辨力、较大倾斜表面的瞄准能力、对突跳位置的绝对跟踪能力等特点.选用PZT作为轴向扫描驱动元件(线性范围±5 μm,每个脉冲2 nm进给),用高精度电容位移传感器作为位置跟踪元件(线性范围±5 μm,分辨力1 nm).对20°角度块进行测试实验表明,在测头直径为1 mm的情况下,系统对20°倾斜度以内的斜面轮廓的探测轴向分辨力可达10 nm.

提出了一种基于Fabry-Perot板干涉的角位移测量新方法.此方法采用函数近似,只需将初始入射角确定在40(到50(之间,即可由角位移与干涉信号条纹数变化间的函数关系,高精度测量角位移.解决了采用F-P板干涉法测量角位移需精确确定入射光初始角的问题.使用计算机处理采集的干涉信号,对干涉条纹进行细分,实现干涉信号相位测量的高分辨力.理论模拟和实验结果得出本方法可以实现精度为10-5rad数量级的角位移测量.该方法的测量装置采用带尾纤的半导体激光作为光源,由自聚焦透镜准直,出射光束直径为0.5mm,使探测头为小光斑.该装置结构简单,能实现小型化.

针对离子交换实验的定源扩散，提出了一种求解正六边形自聚焦透镜折射率分布的理论模型．并在此基础上采用分离变量法和坐标变换，求得了正六边形自聚焦透镜折射率分布的解析解．通过Matlab对该解析解进行了模拟比较，定性、定量地证明了其正确性．

本文分析了用一次离子交换工艺制备的自聚焦透镜的径向折射率分布规律，讨论了所能获得的最佳分布工艺条件。在此基础上提出了两步离子交换的新方法。计算表明用两步离子交换工艺制备的自聚焦透镜的折射率分布可以更接近理想分布。

研究了一种新颖的光纤加速度计,阐述了三光纤GRIN透镜加速度敏感元件的工作原理及其结构设计.该传感器包括三根光纤、一个GRIN透镜和一个质量块.根据光功率耦合原理,对透镜倾斜时的误差进行了定量分析.该加速度计具有结构新颖、体积小和灵敏度高等优点,是一种具有多用途的加速度传感器.

制备了自聚焦透镜的基础玻璃,对其透过率进行了测试,并对由这种玻璃制成的梯度折射率(GRIN)棒的折射率分布进行了分析.结果表明,基础玻璃在可见和近红外波段的透过率大于89%;GRIN棒内部的折射率分布接近理想分布.

利用高斯光束的ABCD传输矩阵理论分析了LD与自聚焦透镜之间的距离与出射光束远场光斑尺寸之间的关系。通过理论计算可以方便地得到最佳距离,获得较高亮度输出,并进行了实验验证。对平面自聚焦透镜、球面自聚焦透镜和圆柱透镜的准直效果进行了实验比较,最后将自聚焦透镜与LD固定,制做了实用的器件,该器件可以将LD椭圆形光斑转变成线形光斑,快轴、慢轴远场发散角分别为0.1°和2.5°,耦合效率86%。