基于自聚焦透镜的吸收型光纤气体传感器气室设计

基于气体分子红外吸收光谱的原理,设计了基于自聚焦透镜的透射式气室结构。利用自聚焦透镜作为光纤准直透镜和聚焦透镜,应用于透射型气室,并提出了在透射式气室中将多对自聚焦透镜组串联用以增加吸收光程的方法,用该方法可以明显提高气室的检测灵敏度。基于自聚焦透镜的透射式气室成功地应用于基于谐波检测技术的吸收型光纤气体传感器系统中,获得较好的检测效果。     

光通信用自聚焦透镜的制备

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.     

光纤阵列准直器设计及其发散角测量

传统基于单个固定折射率透镜和渐变式折射率透镜制备光纤阵列准直器的方法,存在阵元数扩展困难、封装工艺复杂且集成化困难等缺点。利用光学微透镜易阵列化且阵元特性一致性好等优点,提出了基于平凸微透镜阵列制备光纤阵列准直器的方法。根据高斯光学和矩阵光学理论,对光纤阵列准直器的准直特性进行了理论分析和仿真,确定了光纤阵列准直器的相关设计参数,据此加工制备了四阵元一维排布光纤阵列准直器,其阵元间距为250 μm。通过远场光斑法对光纤阵列准直器的主要性能参数远场发散角进行了测量,并采用蒙特卡洛法对测量不确定度进行了分析与评定。光纤阵列准直器各通道远场发散角的测量值分别为0.69°,0.67°,0.71°,0.68°,测量扩展不确定度为0.02°,该测量结果在设计容差(0.68±0.03)°之内。该光纤阵列准直器具有良好的准直特性,能够满足光纤通信系统中光纤阵列准直器小型化和集成化的需求。     

基于双拟合优化的聚焦深度三维形貌测量方法

聚焦深度法广泛地应用于小尺寸零构件的三维形貌测量。 针对聚焦评价曲线多存在噪声导致三维形貌测量的精度下 降,且效率受图像序列数目和聚焦评价算法限制的难题,通过结合双拟合优化理论与聚焦单峰性评价指标提出了一种基于自适 应权重的聚焦极值搜寻方法,并进一步基于三次多项式二次插值算法和多级中值混合滤波优化深度信息。 实验结果表明,方法 对仿真图像数据的均方根误差(RMSE)较高斯拟合和多项式拟合分别降低了 19. 08% 、17. 32% , 对球栅阵列封装 (BGA) 图像 中受噪声干扰较大的区域仍具三维分辨能力,同时对钻削刀具进行了测量,提出的方法在 50% 的图像序列数目和图像分辨下 RMSE 仍降低了 77. 8% 、62. 6% ,有效减少了聚焦曲线噪声对测量结果影响的同时提升了三维测量的效率。     

基于负折射率声透镜的亚波长分辨率光声实时成像方法

基于负折射率材料的信号处理技术为光声图像的研究提供了新的思路。光声成像是一种全新的非破坏性生物光子技术,是一种基于生物组织内光吸收差异的成像方法。然而,当前的光声成像方法主要依靠传感器扫描工作,而传感器阵列有其固有的缺点,导致实时性较差,因此,普通的光声成像方式具有一定的局限性。但是,利用具有负折射率的声透镜特性(如聚焦、滤波、定向等)构成的成像方式可以解决普通光声成像中的这些局限性问题。本文在对负折射率声透镜的负质量响应和负折射率成像进行优势分析后,提出了利用声透镜改变当前扫描成像的方法。模拟分析实验结果表明,所设计的声透镜直接成像方案达到了预期效果,透镜成像后像点的声压分布与吸收体原始的声压分布基本一致。此外,0.6倍波长的实验图像结果说明本文实现了亚波长的光声成像效果。     

基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅传感解调系统寻峰算法对比分析

设计出一种基于可调谐F-P滤波器的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感解调数据采集与处理系统.为了尽可能提高光纤光栅传感器的精度,分别采用质心法、三次样条插值法、最小二乘法、高斯多项式拟合法等对数据采集系统获取的原始信号数据进行光纤光栅波长寻峰算法研究,并分别将拟合结果与光谱仪测量波长数据进行比较.结果表明,高斯多项式拟合法精度和稳定性较好,且能满足实时性要求.     

基于图像处理的锥形光纤透镜检测的若干问题分析

为了获得光纤透镜研磨与抛光过程中的锥形光纤透镜的锥角大小及同轴度,提供相应参数给控制系统来控制加工过程,首先对采集到的图像进行图像增强、二值化和边缘提取等处理,然后对提取的边缘像素点进行最小二乘拟合,并将拟合结果与标准锥形光纤透镜相关数据进行对比,得到研磨抛光过程中的锥形光纤透镜的锥角及同轴度,实现了光纤的CCD图像检测,而且表明所采纳的CCD图像处理的相关方法能够满足光纤研磨抛光加工的精度要求.     

半球形和超半球形固体浸没透镜光场分布比较

考虑了在固体浸没透镜(SIL)的球面表面的反射,应用矢量衍射理论比较分析了半球形固体浸没透镜(h-SIL)和等光程的超半球形固体浸没透镜(s-SIL)的透射场分布。h-SIL和s-SIL的分辨力、焦深、聚焦强度和随波长的色散被详细比较。计算结果发现:当它们被包围在空气中时,s-SIL的分辨力比h-SIL的大n倍以上(n是SIL的折射率);s-SIL的聚焦强度比h-SIL的大,但它的焦深比较小。s-SIL的横向色散率远大于h-SIL的,但h-SIL的轴向色散率与s-SIL的几乎相等。h-SIL的横向色散很小,可以忽略不计。     

基于MATLAB的离心泵特性曲线拟合

根据最小二乘法的原理,分析了离心泵特性曲线拟合的算法。利用MATLAB精确拟合出离心泵特性曲线,并对其不同阶次的拟合结果进行分析。结果表明,多项式拟合精度较高,且方法简便,容易操作。     

自聚焦透镜分光膜的研制

为了不断改善和开发自聚焦透镜的性能,实现光学仪器中自聚焦透镜分光的要求,以Ta2O5和SiO2为介质材料,运用TFCalc膜系设计软件,采用解析法设计了一个初始膜系,再结合变尺度优化法对初始膜系进行优化设计,设计出具有较好光谱性能的1 470～1 610nm波段95∶5自聚焦透镜分光膜。分析了设计膜系在自聚焦透镜端面沿径向折射率呈梯度减少时的拟合反射率曲线。通过大量实验选择合适的镀制工艺,并采用德国莱宝APS1104型镀膜机对所设计的膜系进行实际镀制,获得了性能优良的自聚焦透镜分光膜。     

Measurement of the focusing constant of gradient-index fiber lens and its application in developing GRIN fiber probes

The curve-fitting algorithm is adopted to measure the focusing constant of a gradient-index (GRIN) fiber lens, which is used to further design ultra-small GRIN fiber probes. Firstly, the refractive index profile of a GRIN fiber lens is acquired by using the Optical Fiber Refractive Index Profile tester. And the focusing constant of the GRIN fiber lens is obtained by means of the curve-fitting algorithm of quadratic polynomial. Secondly, the measured focusing constant is used to design ultra-small GRIN fiber probes with different focusing properties. Thirdly, according to the designed optical probe models, GRIN fiber probe samples have been fabricated and tested. Finally, comparative analysis is conducted between the theoretical focusing performance parameters and the experimentally measured values. The results show that, in the given condition, the fitted value of the focusing constant of GRIN fiber lens and the theoretical focusing performance parameters of GRIN fiber probes, respectively agree well with the nominal value provided by the manufacturer and the experimentally measured data. Therefore, the proposed methods of measuring the focusing constant of GRIN fiber lens and its application in designing GRIN fiber probes are validated and feasible to further developing ultra-small GRIN fiber probes requiring specific optical focusing performance.     

使用高精度三坐标测量仪实现透镜定中心

传统的光学测量定中心法受限于光源、转台大小和装调误差传递性而不适用于大口径、多透镜光学系统的装调,为此本文提出了使用三坐标测量仪接触式测定透镜中心的精密机械测量法。介绍了使用三坐标测量仪测量大口径透镜中心偏的原理,即在测量透镜上表面与基准轴等距离各点坐标的基础上拟合得到透镜光轴与基准轴的夹角,从而解算出透镜的中心偏。通过大口径长焦距镜头的装调对该方法进行了检验。检验结果表明:该透镜的装调偏差为6.47″,重复性误差为(1.16×10-4)″。该方法将光学测量变为机械测量,利于装调,可在保证装调精度的同时简化装调难度,提升装调效率,满足大口径多透镜光学系统对高精度装调的要求。     

Nondestructive measurement of refractive index profile of gradient refractive index rod lens

In this paper, a simple nondestructive method is described to obtain the refractive index profile of a gradient refractive index rod lens by means of optical coherence tomography. The approach exploits the fact that optical coherence tomography provides a direct measurement of the optical path of the light traveled through a gradient refractive index rod lens. The refractive index profile for a gradient refractive index rod lens is retrieved by iterative fitting of the optical path calculated by the ray tracing method with that experimentally measured using optical coherence tomography. The measured refractive index profile is in good agreement with theory.     

基于LED阵列光源的太阳模拟器

针对目前LED太阳模拟器辐照度低、光谱匹配性差等不足,提出一种由LED阵列光源,菲涅尔透镜、光学积分器、准直物镜组成的LED太阳模拟器。首先根据多光谱拟合理论,在400~1 100nm优选15种不同波段的LED光源,计算出光源所需功率,实现太阳光谱的精确匹配。其次优化设计了菲涅尔透镜、光学积分器以及准直物镜,校正了太阳模拟器的像差,提高了太阳模拟器的能量利用效率以及辐照均匀性,并利用LightTools软件对所设计的光学系统进行仿真分析。最后搭建了光学系统实验装置,测试结果表明:100mm×100mm内的辐照度达到1 376.3 W/m~2;拟合的太阳光谱匹配度达到AM1.5条件中的A级,辐照不均匀度为±1.73%,辐照不稳定度为±0.82%,综合性能指标达到太阳模拟器中的3A级水平。     

基于GRIN镜头的小型OCT探头的数值分析

利用光学软件GLAD的数值仿真技术设计了用于光学相干层析技术成像的基于梯度折射率(GRIN)镜头的小型化探头.首先,简述了梯度折射率镜头的基本特性,讨论了基于梯度折射率镜头的光学探头的设计方法;然后,对由单模光纤、玻璃棒隔片和梯度折射率镜头构成的探头模型进行了仿真.结果显示,利用GLAD的数值仿真技术为小型化探头的设计...     

Measurement error in prism coupling method and refractive index profile reconstruction in ion-exchanged waveguides

Measurement error in prism coupling method is studied and an analytic expression for the uncertainty of mode effective index measurement in an ion exchanged surface waveguide is derived. A novel algorithm to determine the profile of refractive index for ion-exchange waveguides is proposed. This method takes the values calculated by anti-WKB and linear segment interpolation as approximation and then uses the least squares fitting to eliminate the measurement error. Numerical results show that the proposed algorithm can effectively reconstruct the transverse refractive index profile of graded ion-exchange planar waveguides.     

宽频大角度新型龙勃透镜设计与快速制造

传统龙勃透镜是一种具有梯度介电常数的球状介质天线,其功能是实现电磁波的球面会聚与定向发射,可广泛用于移动卫星通信。然而由于梯度介电常数分布、球面汇聚等特征,使得其制造尤为困难,且不易于集成。根据一种新型底面扁平龙勃透镜天线的设计方案,提出采用混合液体介质与3D打印技术相结合的制造方法,采用3D打印技术实现二维、三维透镜框架的快速制造,制备出介电常数大范围可调的混合液体介质(2.2~40.0)填充于框架中,所制备液固耦合的龙勃透镜天线在12.4~18.0GHz范围内具有宽频特性,并能实现全场扫描(-90?~90?)。所提出的方法为梯度介电常数透镜天线创新设计提供了一个新的实现手段,并将会进一步推动高性能透镜天线的实际应用。     

低色差GRIN棒透镜的设计原则

对梯度折射率(GRIN)棒透镜色差的影响因素进行了讨论,根据Fantone模型,在光学玻璃Nd-V图中直观地表示了离子交换法制备低色差GRIN棒透镜时交换离子对的选择原则和基础玻璃光学性能确定原则.分析表明,以具有常用光学性质的玻璃作为基础玻璃,可以通过Na⁺/Li⁺交换或K⁺/Cs⁺交换获得低色差GRIN棒透镜,而K⁺/Tl⁺交换和Na⁺/Ag⁺交换所制作的GRIN棒透镜具有很大的色差.上述原则对低色差GRIN棒透镜的制作具有指导意义.