低空高分辨率激光雷达光学系统设计

针对“低慢小”目标光学成像识别能力差、复杂背景下信噪比低等问题，设计了一款低空高空间分辨率激光雷达光学系统。发射光学系统扫描器件采用MEMS反射镜，设计了专用扩束光学系统保证不同扫描角度发射激光的光束质量；接收光学系统采用物镜、数字微反射镜器件结合偏振器件，可同时实现激光回波接收与可见光成像，相较于采用单点探测器接收的激光接收系统，具有背景噪声低的优势。给出了光学系统的性能参数，利用光学设计软件设计了光学系统，该系统空间分辨率为0.5 mrad/pixel，扫描点阵列规模为200×200。模拟结果表明设计方法可行，计算其在大气中的探测距离可达到1000 m，背景噪声相较于单点探测器接收系统可降低约22162倍。     

大容差中波红外激光通信终端光学天线研制

为了降低激光通信光学系统公差要求,节省研制成本,减小大气散射对激光通信链路的影响,采用波长工作在大气窗口的中红外激光器作为激光通信光源,研制了与之匹配的中波红外激光通信终端光学系统。首先,利用激光通信能量链路传输方程,根据中波红外激光器光束参数和接收端探测器灵敏度,计算出光学天线口径、发散角等设计参数,并给出激光通信收发光学系统波像差要求。接着,利用ZEMAX软件进行了中红外激光通信收发光学系统的设计与公差分析,对两系统进行了加工、测试,完成了系统研制。测试结果显示,中红外激光通信发射光学天线光学传递函数与理论值最大偏离9.3%,接收光学系统波像差RMS为0.075λ (λ=4.7 μm),满足设计要求。结果表明:采用中红外激光作为激光通信光源可降低光学天线的加工装调难度。     

红外成像光学系统进展与展望

随着红外焦平面探测器向大面阵、多维度(例如双/多波段)信息获取、高灵敏度的第三代探测器技术发展,对红外成像光学系统的设计、光学元件加工、光学膜镀制、红外光学系统装调与测试等方面提出了新需求。本文在简述第一代热成像系统红外光学、第二代红外/热成像红外光学的基础上,梳理了第三代红外/热成像系统对红外光学的要求,综述了第三代红外成像光学系统解决这些新要求的技术进展,并展望了新技术的发展趋势。     

长波双视场扫描型红外光学系统设计

与中波红外成像系统相比,长波红外成像系统在地面目标探测上具有天然的优势.利用光学变焦原理,建立扫描型双视场光学系统的设计模型.基于制冷型288×4元焦平面HgCdTe探测器,设计了一套结构紧凑、变倍比为6倍的双视场机载前视红外光学系统,其工作波段为7.7～10.3 μm,F数为1.67,长焦为154mm,短焦为25.4...     

双波段毫米波／红外焦平面列阵

美国中佛罗里达大学CREOL红外系统实验室的研究人员最近研制成功一种基于隙缝天线耦合金属氧化物金属二级管的双波段毫米波与红外焦平面列阵。本文介绍毫米波和红外天线耦合探测器像元的接收特性。     

基于像方摆扫的空间红外双波段光学系统设计

红外探测器的尺寸是制约光学系统大幅宽成像的重要因素,选择合适的光学系统结构和成像方式,则可以规避探测器的限制。文中提出了一种像方摆扫成像模式,基于成熟的常规尺寸红外面阵探测器,采用多帧图像拼接的方式,满足了光学系统的大幅宽成像要求。鉴于像方摆扫需要在平行光路中进行,在两反无焦系统的基础上,研究了三反无焦系统的设计方法,给出了初始结构的计算公式。光学系统总体上分为前置的无焦压缩系统、扫描摆镜、成像组。其中,扫描摆镜位于平行光路中的出瞳位置,采用视场分光的方式分别实现中波红外和长波红外成像,通过仿真分析,光学系统的冷反射得到有效抑制,MTF 接近衍射极限。     

红外/激光共孔径双模导引头光学系统设计

为解决在扩展防空(EAD)和弹道导弹防御(BMD)下自主式制导,目标检测、分类及识别等问题,介绍了一种新型的设计原理,在使用同一接收孔径的条件下,将红外成像传感器和激光雷达成像传感器整合为一个小型的导引头,并设计了其中的光学系统。通过红外传感器探测场景,识别出再入飞行器,给激光雷达指示选择的目标,激光雷达用高功率的激光脉冲照亮所选的目标,目标反射的激光由接收光学系统成像到焦平面上。接着,以快照方式对图像采样,从而得到三维信息(角度-角度-距离)。整个系统采用卡式光学系统结构,通过二色分光镜作为分色面,实现了激光接收与红外成像的共口径,给光学设计带来方便,给出了系统结构参数确定的方法,并用CODE V光学设计软件设计了光学系统。所设计的光学系统具有较好的成像质量,可满足系统的性能要求。     

红外系统微扫描技术研究

介绍了微扫描技术及其给红外焦平面阵列(FPA)成像带来的好处,分析了微扫描红外焦平面阵列成像方案的特点,比较了各种微扫描成像方案的优势及不足,指出了红外焦平面阵列微扫描成像工程化的可行方案和研究方向。设计了一种采用非制冷氧化钒384pixel×288pixel焦平面探测器的长波红外微扫描光学系统。其工作波长范围为8～14μm,F数为1,焦距为150mm。利用光学设计软件CodeⅤ进行了仿真计算,对其像质进行了评价,并给出了微扫描系统的配置方案。     

基于作用距离的红外成像系统光学参数确定

作用距离是决定红外成像系统性能的重要指标,可直接影响红外成像光学系统的参数确定.基于作用距离的参数确定方法建立了探测器与作用距离、空间分辨率之间的关系,对光学系统的参数确定和性能评价具有重要作用.结合实例确定了红外成像系统光学的主要参数,采用非制冷凝视型长波红外探测器(工作波段为8mμ～12μm),在.特定的作用距离下,利用该方法确定的红外光学系统通光口径为90mm,F数值为1.     

高清晰大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

随着红外热成像系统的不断发展,对红外光学系统也提出了更高的要求。为了满足红外探测器在军事方面的广泛应用,整机系统对高性能、大变倍的红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针对高端中波制冷型640512 凝视焦平面探测器,设计了结构紧凑、性能优良的高清晰大变倍比机械补偿连续变焦光学系统。该系统工作波段为3.7耀4.8m,F 数为4,变倍比为35:1,变焦范围为15~550mm。该系统运用平滑换根理论,实现了超大变倍比的连续变焦光学系统设计,并且采用二次成像以及45反射镜对光路进行U 型折叠,在实现了冷屏效率100%的同时有效控制了该系统的横向和径向尺寸。采用光学设计软件CODE V 进行了仿真计算和像质评价,并绘制了该系统的变焦曲线。设计结果表明,该连续变焦光学系统具有分辨率高、变倍比大、结构紧凑、在全焦距范围内成像质量优良并且变焦轨迹平滑等优点,能够与高性能中波红外探测器匹配用于高端红外热成像系统。     

多波段冷光学红外成像终端研制

针对目前地基空间探测红外成像系统对高灵敏度、高探测能力及信噪比的要求,对地基冷光学红外成像技术进行了研究,包括红外杜瓦冷却系统内部辐射抑制、系统终端快速制冷、低温红外探测器的研制、低温冷光学系统设计装调等关键技术。在各项系统技术突破的基础上,研制出一套相对孔径1:10、分辨率320256、兼容中波3~5 m和长波8~10 m波段的冷光学红外成像终端。系统终端实现制冷温度最低至42 K,真空度10-5 Pa量级。将终端与1.23 m口径地基望远镜对接,对月亮和红外标准星观测具有良好的成像效果。该系统的研究为地基大口径冷光学红外探测技术提供参考。     

被动毫米波太赫兹人体成像关键技术进展

通过分析被动毫米波太赫兹成像检测人体携带物品的基本原理,讨论了被动毫米波太赫兹成像应用于人体安检领域的优势,并分析了成像系统最佳的工作频率和最适宜的工作环境温度。从分析影响成像质量的各项关键技术的角度对被动毫米波太赫兹人体安检成像的进展进行了介绍。重点分析了基于准光学成像原理的光学系统和扫描机构,被动毫米波太赫兹人体成像中最常用的肖特基二极管探测和超导两种探测方法,以及被动毫米波太赫兹图像的处理及目标智能识别。最后,对未来毫米波太赫兹人体成像技术在安全检查领域的应用前景和未来发展方向提出个人观点。     

红外生命探测仪用光学系统的设计

为了使红外生命探测仪的光学系统具有更大的探测范围,提出了一种新型红外双视场光学探测系统.该光学系统为变焦距光学系统,它利用轴向移动变焦方式使透镜组实现变倍和温度补偿,简化了机电系统结构.该光学系统的工作波段为8～14μm,焦距为35～140 mm,变倍比为3倍.由于选择锗(Ge)和硒化锌(ZnSe)作为透镜材料,F数≥...     

装甲目标毫米波辐射亮温解的优化控制

毫米波系统有着较微波、红外、光学系统不同特性的优点.毫米波辐射探测技术在许多领域有着重要应用与发展.为能求得真实的目标物体亮温,从测得的天线温度数据或天线温度分布函数中反演出装甲目标的亮温分布,需解第一类Fredholm积分方程.该积分方程是一病态方程.DFP法算法是无约束最优化方法中最有效的方法之一.本文尝试用DFP法优化控制毫米波装甲目标辐射亮温,得到较为稳定的反演解.     

用于红外凝视成像系统的光学微扫描器

空间分辨力不足限制了凝视型红外焦平面探测器的发展,微扫描技术可以在不降低探测器热灵敏度的前提下提高成像系统的空间分辨力,同时可以扩大成像系统的视场。为此设计了一种基于新型压电驱动器的光学微扫描器。介绍了新型压电驱动器和扫描器的工作原理,测试了扫描器的频响特性。采用软件补偿和串联硬件陷波器相结合的开环控制方法,补偿压电陶瓷迟滞效应和抑制机械谐振,加控制器后的100Hz三角波扫描非线性度从6%减小到了1%,提高了扫描线性度,实现了高频三角波扫描。     

基于Zemax仿真的红外光场成像技术

光场成像作为计算摄影学的研究方向之一,可以通过单次拍摄得到目标的四维全光信息,包括空间两维以及角度两维信息,由此可以通过多视角立体匹配原理实现三维成像。目前光场成像集中应用于可见光领域,用于其他光学成像波段的情况较为少见。本文提出基于Zemax仿真的红外光场成像技术,将光场成像系统与长波红外成像系统相结合,从光场成像原理以及长波红外成像特性出发,对长波红外光场成像系统结构设计进行了深入研究,同时为了提升三维成像的效果,分析了红外光场成像系统光学参数对深度分辨率的影响,得出深度分辨率主要由微透镜成像关系、微透镜工作F数、主透镜焦距、物距以及探测器像素尺寸确定。针对长波红外探测器像素数较少的情况选择了聚焦型光场成像系统,根据设计结果,使用Zemax仿真验证了长波红外系统与光场成像系统相结合的可行性以及理论设计的正确性。     

Characteristics of millimeter wave detection in a Fabry-Perot resonator using a YBCO-BiO composite superconductor

A quasioptical technique with a hemispherical-type Fabry-Perot resonator for measuring characteristics of millimeter wave detection using a YBCO-BiO composite superconductor has been successfully developed. This Fabry-Perot resonator consists of a spherical mirror and a plane mirror mounted on the cold head of the refrigerator, under a controlled temperature of 40 to 300 K. The method offers the advantages of estimating irradiation power, easily controlling the sample temperature, analyzing the mode of the irradiated millimeter waves and easily extending to higher frequencies. The superconducting millimeter wave detector has been measured with this technique, with measured sensitivities of 46.5 V/W (70 K) to 160 V/W (35 K) at 50 GHz. These results are close to the theoretical values calculated numerically from the characteristics of the detector. It was confirmed that the millimeter wave detection system using the Fabry-Perot resonator is suitable for estimating the sensitivity of the high-Tc superconducting millimeter wave detector.     

星载红外探测器快速反射镜控制系统设计

像移补偿是保证星载红外探测器成像质量的关键技术之一,针对某星载红外探测器光学系统的设计特点和成像工作模式,为补偿红外探测器在轨运行方向产生的像移和摆扫方向产生的像移,提出分别对俯仰方向快速反射镜和方位方向快速反射镜实施控制的方案。首先介绍红外遥感原理及像移现象;其次详细分析红外探测器光学系统的设计特点和光学系统组成;然后重点分析了红外探测器在轨工作中的像移产生的原因,并计算出在轨运行方向产生的像移量和摆扫方向产生的像移量;最后提出像移补偿方案,阐明其工作原理,并对像移控制系统硬件设计进行了详细分析。计算结果表明所设计的像移补偿系统的运动范围和运动加速度满足红外探测器技术指标的要求。