大口径红外光学系统透过率测量装置

针对大口径红外光学系统的整机透过率测量难题,提出了基于图像灰度的单通道红外透过率测量方法,搭建了大口径红外光学系统整机透过率测量装置。首先,将黑体和靶标按照指定位置关系放置于待测红外光学系统的焦平面处,将红外热像仪放置于待测红外光学系统的入光口,采集被测系统的辐射图像;接着,将黑体放置于红外热像仪前,采集黑体辐射图像;最后,分别计算被测系统辐射图像均值和黑体辐射图像均值,二者比值即为被测系统的透过率。以某型大口径红外光学系统作为被测系统,开展了红外透过率测量实验。实验结果标明：本文方法测量值与设计值的绝对误差为0.85%,对测量结果不确定度进行分析,测量精度约为1.04%,测量方法可行。此方法测量过程简单,为大口径红外光学系统的整机性能评估提供了有效手段。     

大相对孔径大视场紫外告警相机光学系统

为了满足紫外告警相机的特殊应用需求,分析了超广角光学系统的结构形式、像差平衡以及像面照度的一致性。设计了工作于0.254~0.272m波段的大视场、大相对孔径紫外光学系统,其视场角为120°,相对孔径为1/2。该系统采用反远距,准像方远心光路设计,减小了轴外视场和轴上视场的像面不均匀性;通过优选光学材料并合理分配光焦度优化了系统特性。实验显示,该系统在满足成像质量要求的前提下,具有成像畸变小、像面照度均匀等特点。光学系统全视场最大弥散斑半径小于63.5m,轴上、轴外视场像面照度均匀性小于10%,0.71视场的相对畸变小于20%。整个光学系统结构紧凑,满足设计指标要求,适合紫外告警相机的使用。     

折/衍混合消热差共形光学系统设计

为了满足共形整流罩光学系统无热化工作的要求,基于硅、锗和硒化锌3种材料以及制作于整流罩内壁的衍射面设计了采用折/衍混合消热差方法的红外成像共形光学系统。介绍了共形光学系统像差特性以及衍射光学元件的像差、温度及色散特性,提出了利用可消像散的衍射面结构的温度补偿能力来设计共形光学系统消热差结构的方案,并设计了应用于中波红外成像结构中的万向支架式共形光学系统。软件分析结果表明,该系统充分利用了衍射光学元件的位相补偿,热膨胀系数小和色散因子大等特点,在-40～70 ℃能够较好地保证±20°搜索观察视场中的成像质量,且所有观察视场中的MTF值均大于0.43。     

折/衍混合消热差共形光学系统的设计

为了满足共形整流罩光学系统无热化工作的要求,基于硅、锗和硒化锌3种材料以及制作于整流罩内壁的衍射面设计了采用折/衍混合消热差方法的红外成像共形光学系统。介绍了共形光学系统像差特性以及衍射光学元件的像差、温度及色散特性,提出了利用可消像散的衍射面结构的温度补偿能力来设计共形光学系统消热差结构的方案,并设计了应用于中波红外成像结构中的万向支架式共形光学系统。软件分析结果表明,该系统充分利用了衍射光学元件的位相补偿,热膨胀系数小和色散因子大等特点,在-40～70℃能够较好地保证±20°搜索观察视场中的成像质量,且所有观察视场中的MTF值均大于0.43。     

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。     

分孔径三视场中波红外光学系统

为了克服单一光学通道长焦距与大视场之间的矛盾,设计了一款分孔径大变倍比三视场中波红外光学系统。该光学系统采用分孔径技术,包括小视场光学通道和中视场/大视场光学通道,两个通道之间的转换通过切出切入45°放置的反射镜完成,小视场光学通道采用二次成像,仅采用6片透镜,透过率高;中视场/大视场光学通道采用三次成像;小视场光学通道与中视场/大视场光学通道共用一片反射镜和中继组,实现了共出瞳分入瞳——分孔径;小视场长焦距为1 120mm,大视场短焦距为22.58mm,变倍比达到53×;对小视场光学通道进行了三次立体折叠,对中/大视场光学通道进行了一次折叠,有效地对横向和纵向尺寸进行了控制,外形包络在270mm×217mm×258mm范围内,系统紧凑,实现了兼具长焦距和大视场的三视场中波红外光学系统。设计及实验结果表明该光学系统像质良好,满足热像仪使用要求。     

大视场三线阵航空测绘相机光学系统设计

针对大视场、高分辨率、低畸变和环境适应性要求高的三线阵航空测绘相机光学系统设计要求,开展新型光学系统结构形式设计:首先,根据总体方案要求以及稳定平台安装特点,确定了单镜头的技术方案;接着,分析计算了光学系统各项指标参数,光学系统拉氏不变量达到9.5;然后,对比分析了非像方远心光路、像方远心光路和准像方远心光路的结构形式;最后,设计了一种航空环境适应性良好的双高斯复杂化失对称准像方远心光学系统结构形式。设计的光学系统成像质量好,在全色谱段内的Nyquist频率为100lp/mm,全视场调制传递函数均优于0.36;分别在R、G、B谱段的Nyquist频率为50lp/mm,全视场调制传递函数均优于0.6。光学系统全视场最大相对畸变优于0.1%,在均匀温度0~40℃范围内,全色谱段调制传递函数优于0.3。实验室鉴别率板测试结果表明,相机静态分辨率达到102lp/mm;飞行验证试验结果表明,相机摄影分辨率达到0.16m@2km航高。光学系统设计完全满足大视场三线阵航空测绘相机环境适应性和分辨率的要求。     

面向光学装调微小距离测量的系统设计

光学仪器能否精准装调对其最终呈现的成像质量及性能有着重要影响。针对光学相机装校的修切量检测,提出了一种用于微小距离测量的光路方案并设计了一款物像等距的有限远共轭光学系统,其放大倍率为1×,数值孔径为0.09,视场为0.5°。根据实际应用需要,制定合理的光学指标,利用光学设计软件Zemax进行系统的设计与优化。结果表明,有限远共轭光学系统各视场在160 lp/mm处的调制传递函数均接近衍射极限,且都大于0.3,各视场的均方根半径小于艾里斑半径,满足光学指标设计要求。搭建实验平台,对装配星敏感镜头和CCD相机的修切圈进行测量,实验结果符合设计要求。     

激光干涉测量中条纹计数的CPLD设计及实现

使用CPLD设计并实现了采用干涉条纹进行测量的光学测量系统中的计数电路部分,取代了传统的多元件分立的电路设计,达到了很好的效果,满足了光学干涉测量准确快速测量的要求。此分析适用于一般条纹计数系统。     

红外热像仪外场测温的大气透过率二次标定

为了实现测温红外热像仪的外场精确测温,研究了大气透过率的二次标定。建立了红外热像仪的外场远距离测温标定模型,采用一个标准面源黑体和红外热像仪对大气透过率进行了二次标定。首先,用标准面源黑体的设置温度标定大气透过率的二次修正系数;然后,在已知目标感兴趣区域发射率的情况下,用二次修正系数对未知辐射源测量值进行修正,实现未知辐射源目标辐射温度的准确测量。实验显示,随黑体设置温度从50℃不断升高(二次大气透过率近似为1),大气二次透过率修正系数在50～100℃内迅速下降,在100～200℃内下降趋势减缓,逐渐接近于约为0.7的常数。实验结果为测温红外热像仪外场精确测温提供了保证。     

Application of accelerators for the research and development of scintillators

We introduce experimental systems which use accelerators to evaluate scintillation properties such as scintillation intensity, wavelength, and lifetime. A single crystal of good optical quality is often unavailable during early stages in the research and development (R&D) of new scintillator materials. Because of their beams' high excitation power and/or low penetration depth, accelerators facilitate estimation of the properties of early samples which may only be available as powders, thin films, and very small crystals. We constructed a scintillation spectrum measurement system that uses a Van de Graaff accelerator and an optical multichannel analyzer to estimate the relative scintillation intensity. In addition, we constructed a scintillation time profile measurement system that uses an electron linear accelerator and a femtosecond streak camera or a microchannel plate photomultiplier tube followed by a digital oscilloscope to determine the scintillation lifetimes. The time resolution is approximately 10 ps. The scintillation spectra or time profiles can be obtained in a significantly shorter acquisition time in comparison with that required by conventional measuring systems. The advantages of the systems described in this study can significantly promote the R&D of novel scintillator materials.     

Streak camera measurement of subnanosecond plastic scintillator properties

A streak camera technique with temporal resolution of 20 ps has been used to measure the fluorescence properties of several subnanosecond plastic scintillators. The method employs a vacuum light pipe coupled to an optical streak camera. The scintillators are excited by a 200-ps x-ray pulse generated by a 1.06-microm Nd:YAG laser focused onto an iron target. The time history of the low-energy x-ray pulse is measured with an x-ray streak camera. Results are given for NElll plastic scintillators doped with benzophenone or acetophenone, for PVT doped with butyl-PBD, and for a ZnO phosphor doped with Ga.     

激光聚变冲击波速度测量光学系统设计

针对激光聚变冲击波速度测量的需求,设计了一种集被动式扫描高温计和主动式冲击波速度测量于一体的复合冲击波速度测量系统。通过采用多种耐辐射光学玻璃材料,实现了共用光路的400~700 nm耐辐射消色差设计;通过采用自动控制干涉仪简化了系统操作;主动测速系统通过切换不同焦距的中继成像镜头,实现了不同放大倍率的切换。系统的物方视场为φ2.0 mm,主动式测速系统的放大倍率为10×,20×,30×,静态实验干涉条纹平直,调制度达到0.69以上,物方分辨率达到4.72μm。该系统在激光聚变装置上能够实现冲击波速度的动态测量。     

Errors of measuring picosecond light pulses by picosecond streak cameras

Errors of measuring time dependences of the light intensities of picosecond laser pulses by two electron-optical systems are studied. The first system is the picosecond streak camera made in Russia, and the second system, designed in Germany, consists of a picosecond streak camera coupled with a double spec-trograph. The manufacturers test similar systems by using femtosecond pulses, however, this does not allow one to predict errors of measuring picosecond pulses. Parameters that characterize just these errors are proposed and measured. Their behavior is determined, when the amplitude (energy) of the measured pulses increases, and the influence of the cross-section shape of the light beam on the measurement accuracy is studied.     

高速实时光纤图像传输系统的实现

为提高光电经纬仪上图像传输系统的性能,设计了利用现场可编程门阵列(FPGA)的Rocket IO IP核,完成了Camera link并行接口与光模块串行接口的相互转换。通过自定义的图像传输协议,搭建了图像传输系统与各个分系统的互联平台,实现了高速图像实时传输至机下进行处理、显示和记录,同时在该光纤通道上复合传输相机控制命令和外同步时序。阐述了系统总体结构思想,发送端和接收端的软、硬件设计,介绍了Rocket IO关键属性、数据包收发状态机、图像传输协议等。实验结果表明,系统工作速率达2.5Gb/s,传输链路稳定、可靠、无误码,突破了传统光纤传输协议的开源局限,用户可直接使用光纤串行数据信息,减少导电环配线量,具有传输带宽高,图像质量好,抗电磁干扰性能强等优点。系统经过测试验证并已应于到工程项目中。     

基于机器视觉的光纤连接插芯内径测量系统

为了实现针对光纤连接插芯内径参数的精密和快速测量,首先采用了机器视觉方案,通过显微镜把内孔图像成像在高分辨率的CCD上,并获取图像,然后通过图像处理方法,计算出了光纤连接插芯的内径大小和真圆度,最后通过合理设计相应的硬件和软件,实现了光纤连接插芯内径参数的快速非接触式自动测量;同时提出了一种确定图像边缘的新方法,消除了光强变化对阈值设定产生的干扰,并对所采用的参数检测算法进行了阐述。实验结果表明,整个自动测量系统的测量精度达到了亚微米级,且具备抗光强变化干扰的性能。     

Characterization of a direct detection device imaging camera for transmission electron microscopy

The complete characterization of a novel direct detection device (DDD) camera for transmission electron microscopy is reported, for the first time at primary electron energies of 120 and 200 keV. Unlike a standard charge coupled device (CCD) camera, this device does not require a scintillator. The DDD transfers signal up to 65 lines/mm providing the basis for a high-performance platform for a new generation of wide field-of-view high-resolution cameras. An image of a thin section of virus particles is presented to illustrate the substantially improved performance of this sensor over current indirectly coupled CCD cameras.     

SAR光学处理器输出图像的实时处理装置

合成孔径雷达获得的图像是一种准全息图像。它通过光学相关器转换成可见光图像信息。本论文研究的内容是把这种光图像信息,在通用的监视器上实时显示的转换装置。它由光学系统、线阵CCD像机和帧存储实时显示系统三个部分组成。光学相关器输出的光图像信号通过光学系统成像在线阵CCD像敏元上,并转换成电信号,通过帧存储实时显示系统按照电视体制输出,在监视器上实时显示。图像的各种显示方式由单片机控制。     

Development of an Experimental EUVL System

The authors have developed an experimental system for the studies of extreme ultraviolet projection lithography at 13.0nm wavelength, which includes a laser plasma source,an ellipsoidal condenser, a transmission mask and a Schwarzschild optics. The optical system is optimized to achieve 0.1μm resolution over a 0.1mm diameter image field of view and the mirrors of the objective were coated with Mo/Si multilayer to provide 60% reflectance atnear-normal incidence angle for 13.0nm radiation.