全向激光告警系统的探测灵敏度分析

阐述了全向激光告警系统的结构特点,阐明了成像型全向激光告警系统的两个限制因素:光学系统像面照度均匀性和大视场角之间的矛盾;大视场接收和窄带光谱滤波技术之间的矛盾.分析了鱼眼镜头像面照度的均匀性,以及窄带干涉滤光片对于不同入射角的透射率.综合鱼眼镜头、窄带滤光片和面阵探测器3个硬件之间相互关系,给出激光全向告警探测灵敏度的估算公式,并通过实验验证了其准确性.最后得出结论,为了保证像面的均匀性及系统探测灵敏度,鱼眼镜头和滤光片的参数要配合得当:在选择鱼眼镜头时,需酌情考虑其最大像方出射角;窄带光谱滤光片需满足一定的透射率要求,则要求鱼眼镜头出射光线的最大像方出射角要控制在滤光片有较高透射率的入射角范围之内.对全向激光探测告警系统的器件选择,使器件组合达到最佳的探测性能具有指导意义.     

斜入射角度调谐滤光片的反射光强分布

基于多光束干涉原理,从高斯光束在自由空间的传输方程出发,推导了高斯光束斜入射角度调谐窄带滤光片的反射光强以及透射光强的表达式。在此基础上研究了滤光片入射角对高斯光束反射特性的影响和关系。理论数值计算和实验结果都表明,随着入射角度的增大,滤光片透射光强的光斑会出现明显的展宽现象,而其反射光强的光斑虽会在较大角度斜入射时出现一定的展宽,但是展宽幅度远小于透射光斑的变化。故角度调谐窄带滤光片的反射端口在其调制范围内不需要跟透射端口一样进行光斑整形处理。     

16通道微型集成滤光片制备技术的研究

多光谱成像光谱技术正在向光谱通道更多、集成度更高、体积小和重量更轻的方向发展,而用于分光的多通道滤光片是其关键光学元件,需要相应发展新型多光谱窄带集成滤光片制备技术.提出了组合刻蚀法布里-珀罗(F-P)滤光片间隔层的方法,将光学薄膜制备技术,离子束刻蚀技术与掩膜法技术相结合,形成新的多通道集成滤光片的制备方法.并在单个微型基片上,成功制备了集成16通道窄带线阵滤光片,获得的单元滤光片几何线宽为0.7mm,相对半峰全宽优于1.0%,透射峰定位精度优于0.25%.这一方法不但可满足集成度更高的滤光器件的要求,而且拓展了薄膜制备的方法.     

基于LCTF的艇载多光谱CCD相机的光学系统设计

提出了一种基于液晶可调谐滤光片(LCTF)多光谱CCD相机光学系统设计方案,该光学系统焦距60 mm,F数为3.5,谱段范围400～720 nm,视场角16.6°.采用前置扩束光学系统获得满足液晶可调谐滤光片孔径、视场角要求的光束,后继成像系统采用双高斯型结构,像质分析表明,此设计能够满足使用要求,在谱段范围内,16个波段都能清晰成像,满足实际工程需要.     

短中波红外长线阵拼接集成滤光片技术研究

空间光谱成像技术的发展使得探测器阵列与分光元件的集成成为一种趋势,长线阵拼接集成滤光片是空间多光谱成像仪实现焦平面集成分光的关键器件,在我国空间多光谱成像光学系统中需求明显。设计了4通道短中波红外长线阵拼接集成滤光片,采用离子束辅助轰击的电子枪蒸发方法制备了各通道窄带滤光片,利用专门研制的工装探索了拼接工艺,研制出了短中波红外长线阵拼接集成滤光片。测试结果表明:集成滤光片各通道平均透射率达到90%,最小带宽为230 nm （中心波长为4.95 μm）,光谱性能与设计结果吻合,满足性能指标要求。最小拼缝宽度仅为10 μm,拼缝不平行误差为1 μm,集成滤光片设计结构和拼接强度能够耐受抗振性试验。该集成滤光片已经在空间光学遥感仪器上成功应用。     

角度调谐滤光片光斑整形设计与实验

在测试制备的100 GHz密集波分复用(DWDM)低偏振相关损耗的角度调谐滤光片时,其透射光谱的插入损耗和带宽的展宽现象会随着入射角度的加大而迅速增加,与理论设计不符.通过多光束干涉原理建立模型模拟,发现在倾斜入射时滤光片的透射光束的光斑会出现展宽和形变,使得位于接收端处的光准直器接收不到足够的透射光束,导致了光谱变形.根据分析结果设计了一种利用直角棱镜的光斑整形方案,能将展宽的椭圆光斑压缩回近似的圆形光斑.制备了一组直角棱镜整形装置,实验证明该设计能够在保持接收端光准直器位置固定的情况下有效地减小透射波形的损耗和半宽展宽现象,使角度调谐滤光片能达到理论设计中20 D_m的可调谐范围.     

高斯光束斜入射非平行薄膜滤光片的反射光强分布

基于多光束干涉原理,推导了非平行角度调谐薄膜滤光片在斜入射时的高斯光束反射光强表达式。在此基础上研究了高斯光束的入射角以及非平行滤光片两端面间所存在楔角对反射光强分布的影响。计算和实验结果都表明,滤光片的反射光强分布不仅与入射角有关,而且非平行滤光片两端面间楔角的大小和正负特性还会在一定程度上影响斜入射时滤光片的光场分布、反射率和隔离度。要保证滤光片在斜入射时反射率和隔离度的稳定,既可以在切片时提高滤光片的平行度,也可以通过在斜入射时保证楔角为负来实现。     

基于薄膜滤光片的角度调谐系统设计

基于薄膜滤光片角度调谐的基本原理,实现了一种具有较宽波长调谐范围的可调窄带滤光器。通过优化机构装置参量,利用步进电机精确控制滤光片的入射角度。通过对多腔窄带薄膜滤光片的膜系结构及其等效折射率的计算,得到了滤光片透射中心波长与入射角度的关系式。制备了一个包括步进电机及转动机构在内的滤波器角度调谐装置,在1543-1563...     

应用于二类水体大气校正的短波红外推扫成像系统设计

为了对近海浑浊的二类水体水色遥感进行大气校正,采用国产800×2短波红外InGaAs探测器、窄带滤光片和透射式像方远心光学系统研制了1.232~1.252mm和1.630~1.654mm双波段短波红外推扫成像系统。该成像系统具备在轨注入工作参数的能力,可灵活调节成像工作模式。经测试,双波段线阵短波红外成像系统的MTF、信噪比以及光谱响应均达到较高性能,有望提供一种有效的二类水体大气校正手段。     

可见与远红外分色滤光片的研制

分色滤光片对成像光谱技术起着重要的作用.本文介绍了一种多通道成像系统中使用的宽光谱分色滤光片,实现了在锗基底上45°倾斜使用时,将0.65～1.1 μm和8～12 μm光谱分成两束光.借助OptiLayer膜系设计软件,得到易于制备的膜系结构,经过多次实验,确定合理的工艺参数,最终得到了光谱性能和理化性能较好的分色片.     

基于LCTF的大幅面高分辨率多光谱仪光学系统设计

将液晶可调滤光片（LCTF）应用到真彩色多光谱图像采集中,设计了一款大面阵、高分辨率、轻小型的多光谱成像系统。系统利用LCTF 空间分辨率和光谱分辨率高、波长选择灵活、调谐时间短等特点,可实现幅面大小约210 mm148 mm,分辨率达到350 ppi 的多光谱图像采集,工作谱段为420~720 nm,光谱分辨率为10 nm。结果表明,该成像系统在空间频率为91 lp/mm 时,31 个波段处轴上0 视场和轴外1.0 视场的传递函数均0.30,全视场畸变0.1%,成像质量良好,可用于大面阵、高分辨率多光谱图像的采集与分析。     

共口径多波段复合场景仿真技术

以多波段光学成像制导武器系统的半实物仿真需求为牵引,探讨多波段多目标复杂场景仿真系统的实现方法,包括多波段投影系统和目标大视线角显示系统,重点研究了共口径多波段投影系统的设计方法.通过采用可见光投影系统、近红外投影系统、中波红外投影系统和长波红外投影系统分别产生各单波段仿真场景,经过反射式耦合光学系统将各波段场景进行复...     

基于低空遥感系统的星载光学遥感器成像仿真

在星载光学遥感器设计过程中,利用计算机仿真技术模拟遥感器成像过程能够评估遥感系统设计可行性,并预测遥感器成像能力。针对高分辨率星载光学遥感器成像特点,提出一种基于低空遥感系统的成像仿真方法。以低空宽视场和多光谱图像数据为基础,利用图像分类、分类拟合等方法生成低空多光谱宽视场仿真图像,采用经验线性法进行反射率反演,结合星载光学遥感器空间分辨率、MTF、光谱响应等特性以及大气辐射传输理论得到遥感器入瞳处辐亮度仿真图像。将QuickBird卫星作为仿真对象,开展成像仿真实验,并评价仿真精度。实验结果表明仿真图像与卫星图像保持较高相似程度。     

基于单次曝光多光谱关联成像系统带通滤波器的研究

多光谱关联成像与传统点到点的成像方式不同,该技术是采用调制、解调的方式获取目标的图像信息。搭建了一套基于固定相位板的单次曝光多光谱关联成像系统,完成了多光谱关联成像系统中薄膜器件的研制。选择BK7玻璃作为基底材料,氧化铌(Nb₂O₅)和二氧化硅(SiO₂)为高、低折射率材料。根据光学薄膜基础理论,结合膜系设计软件进行膜系设计和模拟分析,通过建立膜系优化评价函数,实现了0°~30°入射450~700 nm带通滤光膜的设计,并在OZZSQ900型箱式真空镀膜机上完成了该薄膜的研制。通过优化SiO₂膜沉积速率,改善了薄膜表面缺陷,降低了散射损耗。对膜层的残余蒸镀进行分析,利用最小二乘法建立膜层厚度与残余蒸镀量之间拟合函数,调整监控方式,减小残余蒸镀,提高了制备过程中膜厚控制精度。采用安捷伦Cary5000分光光度计测试,在350~440 nm和710~800 nm波段透过率 T ＜0.5%,450~700 nm范围内,光线入射角0°~30°时平均透过率 T >98%的带通滤波器,满足系统使用要求,该研究具有重要的实际意义和工程价值。     

空间目标白天光电探测能力分析

天空背景在白天时的强光给空间目标的光电探测带来了很大的难度,针对白天探测的特点,基于极限探测信噪比、对比度及极限探测星等探测能力模型,说明了光谱滤波方法能有效提高白天探测能力,对比各种滤波效果,提出窄带滤波作为最优光谱滤波方法。从光学系统参数角度出发,通过分析计算得出在一定条件下综合权衡各参数的影响,减小视场,提高光学探测口径,增大焦距,有利于提高白天光电探测能力,为光学探测器的设计提供了一定的参考依据。     

A Waveguide Band-Stop Filter as an Image Rejection Filter for Measurement of Stratospheric Ozone

In this report we present the performance and test observation results of a waveguide band-stop filter (BSF) as an image rejection filter for the measurement of stratospheric ozone. By using the waveguide BSF, we are able to adopt a very simple optical system and achieve a good image rejection ratio. Additionally, we are able to observe in both single sideband (SSB) mode and double sideband (DSB) mode by only changing the local oscillator (LO) frequency. We have installed the waveguide BSF into an atmospheric ozone-measuring system using a superconductive (SIS) receiver and have successfully observed an ozone spectrum at 110 GHz in SSB and DSB mode. The receiver noise temperature (SSB) and the image rejection ratio at 110 GHz are about 60 K and more than 30 dB, respectively. Because of the IF power ripple, the waveguide BSF cannot be used with a wide-band spectrometer. However, it is quite practical for narrow-band observation.     

大功率半导体激光束非球面准直系统的优化设计

为实现空间激光束的远距离传输,利用矢量折射定理研究了大功率半导体激光器发散光束经非球面、非轴对称准直系统的光传输特性。对空间光线传输得出了矩阵传递公式,并针对大功率线源半导体激光器的发散光束进行了高精度的准直优化设计。为实现对激光束的进一步准直,利用光学设计软件CODE-V设计了卡塞格伦光学天线。利用两点法对发散角进行了实验测试,结果表明优化设计的准直系统发散角为1.924 mrad,经光学天线进一步准直后的发散角为96.2μrad。本空间光线追迹方法对复杂光学系统的精确计算具有一定参考意义,所设计的大功率线源激光束准直系统能广泛应用于远距离激光通信系统中。     

用于LED光源准直的紧凑型光学系统设计

设计了一种光学系统,用于发光二极管(LED)光源准直,并通过TracePro软件仿真进行了验证。该系统采取了折射和反射式自由曲面的组合,使LED光源的发散角从70°减少到约4°,效率在约85%,系统的高度为7.65mm,口径为8.73mm。分析了折射和反射的最佳分界角区域是41°～45°,最佳分角比例因子是0.4～0.5。     

基于光滑0范数压缩感知的多光谱图像去马赛克算法

提出了一种基于压缩感知(CS)的多光谱滤波阵列(MSFA)的多光谱图像去马赛克算法(DMA)。 首先,通过将MSFA采样得 到马赛克图像的过程等效为CS理论中的感知矩阵采样的过程,并充分利用多光谱图 像的空间和谱间 相关性,通过在三维空间傅里叶基上对多光谱图像进行稀疏表示;然后由随机MSFA模式和CS 理论构造的测量矩阵对多光谱图像进行观测投影,最后采用CS重构算法求解0范 数下的最优化问 题,从而得到多光谱图像的稀疏表示系数。给出对算法性能的评估数据和Matlab仿真 图片。实验结果证明,本文算法的峰值信噪比(PSNR)值高于克罗内克CS(KCS)和组稀疏(GS)两种算法,且有效地减少了上述两种算法中出现的模糊现 象,改善了图像的视觉效果。     

Optical frequency-selective filters in ion-exchanged waveguides

A narrow-band reflection (stop-band) optical filter has been constructed in a planar optical waveguide made by ion exchange of silver in soda-lime glass. A comparison of the measured and computed performance of this optical filter is given. The filter has a bandwidth of 0.35 nm at a centre wavelength of 611 nm.