激光聚变冲击波被动式测速光学系统设计

针对激光聚变装置冲击波速度被动测量的需求,设计了一种测速光学系统。采用高紫外透过率的氟化玻璃,实现了透射式300～800nm复消色差设计。系统光路具有前后两组镜头,中间为平行光,镜头间距可变,光路适应能力强。系统前端两侧的双目机器视觉能够完成自动寻的。平行光路中设置5个激光器,轴上的1个前向照明靶点用来观察条纹相机狭缝处的目标像质,轴外的4个与光轴平行后向传输用来标识系统光轴的位置,激光器部件可电动切入/切出。系统前组镜头F/#数为4,宽谱工作物方分辨率优于10μm,532nm单波长工作物方分辨优于5μm。该光学系统光路排布灵活,可单独被动测速,也可与主动测速系统VISAR耦合构成主被一体复合测速系统,满足激光聚变装置冲击波测速的需求。     

神光-Ⅲ原型装置用速度干涉仪的光学系统设计

基于激光多普勒频移效应研制了一套应用于惯性约束聚变(ICF)研究的任意反射表面干涉测速系统(VISAR)。采用532nm的照明激光设计了一套光谱带宽为0.2nm的光学系统,通过合理选材,保证了光学系统的防辐射性能;基于光学膜系设计,滤除了526nm的强干扰打靶激光以及其它波段的杂散光;采用模块化方法并设计光学铰链进行模块对接,简化了系统调试的复杂程度;利用激光对干涉仪粗调,再利用白光精调,实现了零程差调试。设计的系统光路总长为6.3m,物方视场范围为φ1.0mm,放大倍率为5×、10×;静态实验显示,干涉条纹平直、调制度达到0.67以上,物方分辨率达到5.3μm。目前,该系统已成功地在神光-Ⅲ原型装置上进行了动态实验。     

基于光纤干涉系统非接触冲击波速度测试

根据轻气炮冲击波速度测试实验的特点与需求,提出一种新型可适用于强冲击实验的全光纤非接触速度测量技术:设计大孔径双胶合透镜组取代传统自聚焦透镜作为光收发装置,以提高系统回光抗偏转能力;应用全反棱镜改变传统测试光路,保证光探头的重复使用,以适应弹道测试系统的需求;引入直流检测端,为干涉条纹的信号处理和系统内触发提供便利。利用该方法在轻气炮速度测速试验中测量轻气弹飞行速度,其测量结果与经验值吻合。该新型冲击波速度测量技术实现了对被测体较长时间段的速度测试,其设备结构简单、灵敏度高、适应性强,可广泛应用于各领域。     

激光多普勒技术离面位移测量的研究

本文介绍了利用多普勒效应进行离面位移检测的技术,提出测量光路,利用光栅差拍实现多普勒信号的有效分离,具有信号强、信噪比高的特点。实验表明该方法能可靠地用于物体离面位移的测量。     

复合式多点测量速度干涉仪光学系统设计

为满足爆炸冲击作用下物质界面的速度测量需求,设计了一种复合式多点测量的速度干涉仪。采用物方和像方双远心光路,将光纤阵列出射的照明激光定点投射到待测物面上,实现了针状滴注式照明,充分利用了照明激光能量,且保证了待测物面在运动过程中具有恒定的照度。成像系统像面采用末端为大芯径的锥形光纤接收信号光,既保证了物面运动过程中信号光与光纤的有效耦合,又保证了信号的单模输出,以便进入单模光纤马赫-曾德干涉仪进行差频干涉。采用具有微小楔角、沿直径方向镀矩形带状45°反射膜的反射镜,将照明光路与成像光路同轴,并校正了成像系统的大量像散。该干涉测量系统在物面运动10mm的行程中,物面滴注式照明照度保持恒定,像面光斑大小没有超出大芯径的光纤芯径。此光学系统能够满足爆炸冲击界面的大行程速度测量需求。     

宽量程糖度测量中的光学系统设计

设计了一种基于反射临界角法测量糖度的采用双光源的光学系统.该系统实现在不改变接收端图像传感器参数、保证测量精度的前提下,扩大量程.根据折反射定律,通过分析光路图,给出了该光学系统的棱镜尺寸、两光源间距、透镜焦距及通光口径等参数,并通过实验对其进行了验证.     

固体表面速度相关测量激光传感器光学系统

介绍一种测量固体表面速度的新方法。在阐述激光相关测速基本原理的基础上,详细讨论了激光传感器光学系统的构成、各部分的特点和激光相关测速的特殊要求及关键技术。     

多普勒测风激光雷达校准仪中激光入射和接收角度设计

针对多普勒测风激光雷达校准仪的设计要求,详细推导校准仪中激光入射和接收角度与准直器到转盘的距离、多普勒频移量、入射光覆盖的弧长等量的关系,最终确立当多普勒校准仪中转盘半径为100mm、准直器到转盘的距离L<50mm时,选取激光入射与接收方向的夹角=25°、入射角=20°。     

扩展光束型激光多普勒速度测量系统

为了获得高速弹丸在出膛后的瞬时速度以及在不同位置时的速度分布,提出了一种基于扩展光束的激光多普勒测速系统.该系统对出射的激光束进行两次扩展,使扩展后的相干光束在空间某一位置相交来形成具有一定延展范围的探测体.该方法有效避免了经典双光束多普勒测速系统由于探测体积小而导致的物体偏离探测区域的情况,因此,在实际测量弹丸速度的过程中能够解决传统多普勒系统因弹道偏差而导致的无法测速的问题.该系统也可以采用并联方式来监测弹丸在弹道不同位置上的速度分布.通过实验对激光束进行了不同尺度的径向扩束,并在此基础上获得了不同散射面积下的多普勒信号.分析结果显示:在速度为10～25 m/s时,测量值与实际值的平均误差可以达到1％～2％,表明这种测量方法是有效且可行的.     

基于双光束-双散射的激光多普勒水流速测量

激光多普勒水流速仪是一种非接触、高精度的测量仪器,但由于技术和集成度等原因还仅限于研究所和高校使用。文中介绍了一种双光束-双散射法测量流体速度,利用此种光路测量法可以提高集成度、促进激光技术的普及;还可以解决常规测量法难以解决的问题,例如风洞的风速测量等。通过实验验证了这种方法的可行性。     

数字X线影像仪中激光扫描光学系统的设计

数字X线影像仪是计算机和激光技术快速发展的产物,而其中的激光扫描光学系统是其核心技术之一。针对数字X光影像仪的使用特点,对激光扫描系统中的Fθ镜头、光束扩展器、扫描器这几个关键部件进行了较详细的论述分析,提出并解决了其中一些关键问题,如光阑位置浮动对像质的影响、影响系统扫描光点大小的因素、扫描器的确定等。最后用ZEMAX光学设计软件对系统的光学性能进行了设计模拟,得到扫描光斑直径小于0.1mm、焦距和视场满足线性关系的设计结果。像质评价分析结果表明,所设计的镜头像质优良,轴上与轴外质量相当,像质达到衍射极限。     

聚变反应速率测量光学系统设计

基于塑料闪烁体和条纹相机设计了聚变反应速率测量系统,论述了测量光学系统的工作原理和设计方法。通过设置防辐射石英玻璃窗,防止了光学元件受强X射线辐射而变暗;采用晶体等紫外透过率高的光学材料,满足了光学系统对透过率的要求;光学系统像面与条纹相机的阴极面直接对接,解决了条纹相机孔径不匹配的问题;最后在一次像面设置场镜,大幅缩小了光学元件的口径。设计的光学系统总长为2 660mm,放大倍率为1/3,像方F/#数达到0.667,系统透过率达到67%,时间弥散小于7.3ps。这些结果能够适应不同中子产额的实验需求,在激光打靶实验中取得了较好的实验效果。     

CR扫描仪激光扫描光学系统的设计

设计了一种适合于计算机X射线扫描仪的新型激光扫描系统,其空间分辨率为10lp/mm。针对常用扫描机构的不足,用五角棱镜和聚焦物镜组成扫描臂取代传统的Fθ镜头,利用成像板的柔韧性实现圆弧形进片,扫描臂同时作为接收器收集激发出的荧光,从而简化系统结构,提高系统性能。利用所设计的光学系统,分析了激光光点大小对分辨率的影响,结果显示光点越小,系统分辨率越高。分析了系统中影响激光光点大小的因素,在高转速条件下对扫描臂进行了有限元仿真,计算了当入射光与五角棱镜入射面不垂直及五角棱镜存在安置误差时,对激光光点大小的影响。结果显示光点直径最大相对变化量为0.07%,表明所设计的激光扫描光学系统具有一定的容差性和实用性。通过实验验证了所研制扫描仪的性能,结果表明图像具有良好的视觉效果,能够满足工业检测要求。     

二维点列式激光多普勒法测量物体速度

提出了一种二维点列式激光多普勒测量方法,用于捕捉轨迹有一定波动范围的空间运动物体的速度信息。该方法使衍射光栅产生的多束相干光在空间某探测位置相交,从而形成一个结构可调的二维探测体阵列。当物体轨迹的波动量在二维阵列范围内时,系统即可以获得其速度信息。与扩展光束型的多普勒测速系统相比,该方法具有空间分辨率高及能量集中等优点,因此可以用于远距离探测。另外,对固体表面散射光的多普勒信号进行了分析及模拟。结果表明:测量结果与模拟结果相一致,且经频谱校正后的平均误差可以达到1.63%。该系统结构易于集成,调节方便,适用于轨迹有一定波动量的空间物体的速度测量。     

光学互相关测速系统设计与验证

针对两相流颗粒运动速度测量及基于互相关原理设计了双光路激光测速系统。采用搭建的变频电机带动绕丝产生已知旋转线速度的装置开展光学互相关测速验证实验。通过测量绕丝经双光路激光的光强衰减信号,再对两路信号进行互相关分析,从而得到测点绕丝旋转线速度。以电机转速计算的测点绕丝线速度作为参考值进行测量精度验证,得到光学互相关测速方法的测量相对误差在6%以内,验证了光学互相关测速方法的准确性。     

大尺寸光学元件在位动态干涉拼接测量系统

为了满足车间条件下大口径光学元件的高精度在位、在线检测的迫切需求,本文构建了一个适于一般环境下应用的动态干涉拼接测量实验系统。该系统由动态干涉仪、二维移动平台、控制系统及拼接软件等部分构成。应用该系统对200mm×300mm×20mm的光学元件在一般应用环境下进行了拼接测量实验,采用误差均化拼接算法进行拼接,并对拼接后的结果进行分析处理,比较拼接测量与全口径测量结果,PV值的相对误差为3.1%,RMS值的相对误差为1.6%,Power值的相对误差为2.1%。该系统为在车间环境下建立大口径光学元件在位检测建立了基础。     

A proposed design for a polarization-insensitive optical interferometer system with subnanometric capability

A bidirectional, fringe-counting, two-beam interferometer system is described that can be used for precision length measurement with any laser source that is adequately coherent for the application. The two electrical phase-quadrature signals required for bidirectional electronic counting are obtained from photodetectors at the two interferometer outputs. A thin metal film design for the beam-splitter coating introduces the required phase difference of nearly 90° for both the perpendicular and parallel polarization components. Electronic alignment and control are performed by a system used to continuously monitor the signals produced from the outputs and automatically process these signals to achieve the optimum performance from the interferometer. Interferometers using the technique require a limited amount of optical alignment and all of the electronic adjustments are automatically controlled by the electronic system. These instruments are economical to manufacture and easy to apply in practice, readily achieving subnanometric accuracy in the measurement of changes in optical path.     

红外变焦光学系统设计

对于320×256非制冷焦平面阵列探测器(像元尺寸25μm×25μm),设计了工作在8～12μm波段折射式红外连续变焦光学系统。该系统在变焦过程中相对孔径不变,F/#为1,系统变倍比为3∶1,焦距50～150mm,光学筒长209.5mm。该系统由5片透镜构成,并且仅使用锗一种材料。该系统采用机械补偿的方法,通过引入非球面和衍射面,使系统结构简化,并且提高了成像质量。系统在空间频率为20lp/mm处,各个视场的MTF均在0.5以上。