衍/折射光学系统校正二级光谱的研究

将衍射和折射光学元件结合,对星载用宽光谱(420.0～900.0nm)、长焦距(450mm)望远物镜的二级光谱进行了校正,计算了衍射透镜的结构尺寸和望远镜系统的像差.计算机模拟结果表明:采用衍/折射混合校正后的望远物镜的二级光谱不大于0.08mm,轴上点的位置色差也很小,实现了复消色差,光学传递函数也基本接近衍射极限.所设计的整个系统可以满足实用要求.     

谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统的研究

太赫兹波是一种非常有科学价值的电磁波。文中利用谐衍射元件独特的色散性质,将谐衍射透镜应用于14-50µm太赫兹成像系统中,使系统在15.8-16.2µm, 18.5-20µm,23-25µm,30.5-33.5µm和46-50µm五个谐振波段内的轴向像差最大为0.75mm。各谐振波段内的放大率是波长的函数,图像重构时将引起像元的配准误差,利用光学二组元法设计的变焦结构成功地解决了这一问题。设计结果表明：系统像高恒定为6.74mm;变焦结构还具有很好像差补偿作用;在10对线/mm时,光学传递函数在五个谐振波段内均达到衍射极限;实现了轻、小、易加工的设计要求。     

单芯大功率LED匀光照明阵列的设计

为构造大功率LED激发Cy3/Cy5荧光染料的均匀面照明系统,选择单芯大功率LED芯片PT54TE设计了红绿双通道匀光照明阵列。首先通过分析单芯大功率LED芯片PT54TE辐射强度的分布,建立大功率LED环形照明阵列的模型;然后为提高光线利用率,在LED外侧建立柱面镜反射结构,并通过斯派罗法则求解该结构的参数;最后由Tracepro仿真验证。研究表明,分别由4颗红/绿PT54TE构成的环形阵列在目标平面(30mm×30mm)内的光照均匀度大于95.4%,光通量大于700lm,比未配置柱面镜反射结构的环形阵列的光通量至少提高了52.5%。     

提高LED车灯光能利用率的实验性研究

为了提高LED车灯光源的利用率以及提升非成像光学系统的光线分布的均匀性,从LED的发光方向和反射镜的设计两个方面着手,利用TracePro光学软件建立了模型,并对其进行模拟仿真。仿真结果表明:采用LED向上发光与光学组合反光镜结合的方式能够较大程度地提高光源的利用率。     

大相对孔径宽波段Dyson光谱成像系统

提出了一种改进型Dyson光谱成像系统,以克服传统Dyson光谱成像系统焦平面探测器安置困难的缺点.首先,基于折射球面罗兰圆理论,提出了这种改进型Dyson光谱成像系统的光学设计方法.然后,利用MATLAB软件编制了初始结构参数快速计算程序.作为实例,设计了一个相对孔径为1/2,波段为200～1 000 nm的Dyson光谱成像系统.利用自己编制的MATLAB程序计算了初始结构参数,利用光学设计软件ZEMAX-EE对该光谱成像系统进行了光线追迹和优化设计,并对设计结果进行分析.分析结果表明,在整个工作波段(200～1 000 nm)内,点列图半径均方根值小于4.2 μm,实现了大相对孔径宽波段像散同时校正,在宽波段内同时获得了良好的成像质量,满足设计指标要求.得到的结果验证了所提出的光学设计方法是可行的.     

遗传算法在离轴四反光学系统设计中的应用

现有的光学设计软件多依赖初始结构的选取,故提出了一种基于遗传算法的四反射光学系统初始结构求解方法,以获取像质良好和特定布局的初始结构。根据初级像差理论,对同轴四反光学系统进行像差分析,建立了由带权重的初级像差系数和结构布局约束条件所组成的目标函数;通过引入遗传算法对目标函数进行优化求解,获得了像质良好、特定布局的同轴四反初始结构。最后,基于该初始结构设计了一款长焦距(1 200mm)、大视场(20°×4°)、大相对孔径(F/4)的离轴四反光学系统。该系统结构布局紧凑,各个视场的调制传递函数在50lp/mm处均大于0.52。与传统设计方法相比,提出的设计方法不需要给定初始条件,可以为四反射光学系统提供像质良好和特定结构布局的初始结构,在反射式光学系统设计中具有广泛的应用前景。     

全海深大视场超高清光学系统设计

为满足我国深海成像设备需求,针对水下光学像差特点完成了全海深大视场光学成像系统设计。根据深海系统使用环境,对光学参数与结构形式进行了分析与探讨;采用常用玻璃及球面透镜设计,完成了小型化低成本高性能的光学设计实例;通过控制光线角度来提高光学系统能量利用率。选用YAG透明陶瓷为抗压窗口材料,通过有限元力学分析仿真获得形变与抗压阈值。通过ANSYS软件分析窗口与支撑结构,设计满足全海深11 000m使用环境(120 MPa)要求。光学系统的工作波段为410～630nm,视场角达80°,相对孔径为1/2.8,全视场MTF0.3(@91lp/mm)。该系统成像质量及光学窗口抗压性均满足深海成像科考需求。     

LED阵列式紫外固化光源光学系统设计

设计了一种新型的LED阵列式紫外固化光源系统,该系统主要包括多路可控恒流源,紫外LED空间阵列及光学系统等,其中紫外LED空间阵列结构提高了光源的辐照度和均匀性。在分析光源结构的基础上,对其光学系统进行了设计,给出了LED空间阵列光学系统的设计方法和设计实例,并利用Light Tools光学仿真软件对其进行了模拟。结果表明:采用该光学设计方法得到的空间阵列辐照系统,其紫外辐照度可达200 mW/cm²,辐照面上光强分布均匀稳定,能够满足紫外光固化过程对光源的指标要求。     

一种新型LED日光灯的设计

采用节能长寿命的大功率发光二极管(LED)作为光源,设计了一种新型的LED日光灯。该日光灯选用金属基板,结合大功率LED芯片,通过涂覆高效荧光粉实现发白光的LED,日光灯包括12颗大功率白光LED阵列,通过配合设计的反光杯达到所需的光线分布。试验结果表明:封装出的大功率LED光效为54lm/W,显色指数达到80以上,恒流350mA条件下点亮LED日光灯5000h进行老化测试,光通量维持率在87%以上,光效保持在43lm/W,达到了照明应用的要求。     

谐衍射／折射太赫兹多波段成像系统设计

为了获取足够的目标信息,同时避免宽光谱色差和结构的复杂性,本文充分利用太赫兹波的科学价值,建立了谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统.针对偕衍射元件独特的色散性质,将谐衍射透镜应用于14～50 μm太赫兹成像系统中,使系统在15.8～16.2 μm,18.5～20 μm,23～25 μm,30.5～33.5 μm和46～50 μm 5个谐振波段内的轴向像差最大为0.75 mm.由于各谐振波段内的放大率是波长的函数,图像重构时将引起像元的配准误差,利用光学二组元法设计的变焦结构成功地解决了这一问题.设计结果表明:系统像高恒定为6.74 mm,变焦结构还具有很好的像差补偿作用;在10 lp/mm时,光学传递函数在 5 个谐振波段内均达到衍射极限,实现了轻小、便携、易加工的设计要求.