扫描干涉场曝光光束自动对准及其收敛性分析

光束自动对准技术是扫描干涉场曝光系统中的关键技术之一,两曝光光束位置与角度的重合程度直接影响所制作光栅掩模的槽型质量。针对光束对准过程中光束调整的两个运动维度之间存在相互耦合的情况,推导了存在耦合时对准算法的收敛条件,并分析了光路中反射镜与解耦平面之间存在的装调误差对对准性能的影响。分析得出,装调误差降低了光束对准系统性能,甚至导致对准算法发散,通过调节光路中反射镜M_2和解耦平面的距离L_2与反射镜M_1和解耦平面的距离L_1的比值L_2/L_1可以优化系统的收敛性能。实验结果表明,当L_2/L_1较大时对准系统调节性能较差,收敛速率较低;当L_2/L_1较小时光束对准系统可以快速地收敛到目标位置,有效地对光束进行对准调节。推导证明与模拟分析可为光束对准系统以及整个曝光光路的设计提供理论指导。     

太赫兹扫描光路系统的仿真与分析

为了实现太赫兹探测系统快速控制、逆向聚焦、长距离和大范围扫描等功能,基于共焦Gregorian反射系统(CGRS),采用ZEMAX光学仿真软件对光路进行仿真分析.首先,理论计算并确定该系统中主要反射镜的参数,予以建模;在此基础上,进行光路仿真、分析结果和计算误差.经分析知,该系统能够实现1.74m扫描范围内的25 m远距离探测;并且调制传递函数接近衍射极限,成像良好.最后,利用高斯光束分析光信号在光路中传播的能量损耗情况,即当输入辐照度为63.6 mW/mm2时,可以得到14.6 mW/mm2的辐照度输出,为实际系统光源和探测器的选择提供了理论依据.     

利用双曝光全息干涉场测物体微小位移

双曝光法是通过两次曝光将标准物光波前和变化后的物光波前,按不同时刻记录在同一张全息图上,形成两个一级干涉场,再现时,两个物光波面形成二级干涉场。通过计算机模拟,并结合实例计算,阐述了二级干涉场与微小位移、光场相位变化及转动角之间的关系。结果表明,用双曝光全息法测刚性漫反射物体时所产生的条纹出现在定域的空间曲线附近,而定域的锐度取决于观测系统的孔径。     

微型投影系统光路设计

为了改善传统的数字光处理投影系统（DLP）体积较大、结构复杂、成本较高、对光源的利用效率较低的问题,采用一种基于单颗三色发光二极管作为照明光源,单颗透镜形成平行光的新型DLP投影光路结构的方法,对传统光路进行了改进与优化。无需传统光路中的色轮,透镜直接实现了传统投影光路中聚光和匀光的复杂结构,并利用TRACEPRO软件进行建模,通过光线追迹对该投影光路进行了光学分析。结果表明,整个光学系统的体积控制在76.8mm×32.2mm×25mm,光能利用率达到了60.1%,光斑均匀性达到了96.6%,屏幕表面的光通量为21.7lm。该研究减小了投影光路体积,简化了光学结构,提高了光能利用率。     

射流密度场激光双曝光全息干涉图像的后处理

由于闭口式风洞不能有效模拟在大气飞行的引信电机周围的流场,自行设计并建造了超音速射流吹风装置.采用激光双曝光全息干涉技术深入研究超音速射流吹风装置的流场结构并配合引信发电机外部流场的密度定量测量.在拍摄到了比较清晰的密度干涉条纹照片后,还要从图像的条纹中辨识出密度场等值线,才能利用干涉原理计算出当地条纹的密度.对图片条纹进行了辨识处理,并考虑到由于图像曝光程度的不同导致的图像左右部分亮度区别,设计了多重阈值的图像二值化处理算法.经检验,该图像的二值化处理结果与肉眼直接观察得到的条纹有良好的一致性和保真性.在随后处理过程中采用了一种按行的曲线像素搜索算法来细化二值化的干涉条纹,为以后从密度干涉条纹中提取射流密度场的程序化后处理工作打下了基础.若要完全实现密度场的自动提取,还有大量的后续工作有待开展.     

高精度双干涉光路调频连续波激光绝对测距系统

调频连续波激光测距具有无盲区、非接触测量和绝对测距等优点,但是由于可调谐激光器光频率调制非线性对其测量精度的影响,限制了调频连续波激光测距在精密测量领域中的应用。针对调频连续波激光测距中测距精度受到激光器光频率调制非线性的影响,提出了双干涉光路调频连续波激光测距方法,利用两个干涉系统得到的干涉条纹数量的比值计算得到被测目标的距离,消除了激光器光频率调制非线性对测距精度的影响,实现了65 m的测量分辨率和15 m的重复测量精度。该方法无需对激光的波长进行测量,也无需对激光器进行锁频,系统组成简单,在工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域有着广阔的应用前景。     

基于扫描成像方法的激光光斑测量系统研制

利用红外CCD摄像机和三轴转台等装置,研制了一套周视激光产品(360°探测视场)的激光光斑测量系统。通过开发一套分析处理软件来控制三轴转台转动,实现被测激光光斑在CCD摄像机靶面上的精密扫描,将激光强度信息和位置信息由数据采集卡采集,再由软件对采集到的图像数据进行拼接,便得到全视场激光光斑的2D和3D强度分布图,对其进行分析后最终得出全视场内发射激光发散角、激光光斑强度相对分布等激光光斑质量信息,从而为各种大小视场激光产品研制提供了一种对发射光斑质量进行分析和检测的手段。     

高速激光光斑检测系统的设计与实现

为了实现激光通信系统对信标光的捕获、跟踪与瞄准,采用嵌入式图像处理技术设计了基于现场可编程门阵列器件的高速激光光斑检测系统,对分辨率为300pixel300pixel、帧频1000Hz序列图像中的激光光斑目标进行了提取操作。采用1维滤波算子构造方位滤波器进行图像预处理,同时便于硬件实现,滤波后经阈值分割、形态学开运算与连通域分析,最后提取了激光光斑的形心位置信息。结果表明,所设计系统能够对包含激光光斑目标的高帧频图像进行实时处理。目标形心提取频率可以满足激光通信系统在动态链路建立方面的要求。     

微光夜视瞄准镜检测系统光路分析与设计

基于多环境试验条件下的微光枪瞄检测技术一直是军备生产所关注的问题。由于振动、射击、冲击、跌落和高低温环境等载荷作用下,使微光枪瞄机械、光学和电性能结构及参数发生改变,导致微光枪瞄不能正常工作。为此设计了多环境试验条件下的微光枪瞄检测与测试系统,对测试系统的光路进行了规划,给出了由CCD组成检测系统的工作原理,分析了系统成像的详细过程。通过对平行光管和CCD变焦镜焦距的计算,并结合实际工程应用,其测量精度≤0.05 mil,测量范围≥40 mil,达到项目要求。     

用扫描干涉法测定光电系统高频响应

提出了用扫描Fabry-Perot干涉仪对光电系统10～500MHz的频率响应进行测试的方法。用信号半值宽度τ_m来估计光电系统的高频截止频率fc,讨论了fc=1/1.7τ_m的理论依据和适用范围。本方法的特点是无需高频光源和高频信号源,即可进行光电系统的高频响应测试。     

采用光束扫描的透射仪测量光路自动准直系统

能见度是航空、航海及其他领域关系到安全保障的重要气象要素之一,透射式能见度仪在安装和使用过程中测量光路的准直状态,对能见度测量精度有重要影响。根据其光学系统的特点提出了一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直方法,并基于该方法设计了自动准直系统。系统通过电机驱动发射端探测光束与接收端接收视场分别在两个垂直方向上进行扫描,计算发射端与接收端的准直方位角,进而实现透射仪测量光路的对准。系统测试表明,系统可以实现透射仪测量光路的自动对准,方位角定位最大误差为66rad,准直时间小于10 min,系统具有准直精度高、过程自动化、易于安装等特点。     

三轴光纤陀螺光路系统的设计与研究

针对实际捷联系统中三轴干涉式光纤陀螺仪各轴之间的精度及稳定性不对称问题,提出将Loyt消偏器引入到三轴陀螺光路系统中,新光路结构使每轴陀螺均输入相同的极低偏振度自然光,保证了各轴陀螺的对称性.利用琼斯矩阵与干涉矩阵建立了该结构光纤陀螺的系统模型,并应用此模型对该陀螺的输出及零点偏移情况进行了仿真分析.结果表明,该光路在保持各轴光路高度对称的同时还提高了陀螺系统的精度与稳定性,并在一定程度上降低了对光源偏振度的要求.     

扫描型探测器光敏元尺寸设计研究

针对国外进口长波4×288扫描型探测器,通过分析其光敏元在扫描过程中探测到的图像像素信号强度和相邻图像像素信号的混叠影响,给出了探测器光敏元尺寸与探测器焦平面上图像像素尺寸之间的相互关系,为新型扫描型探测器阵列光敏元尺寸设计、成像积分时间占空比设计提供了参考.     

点阵式远场激光光斑监测系统的设计与实现

介绍了一种采用光电探测器点阵监测激光远场光斑的形状分布和激光脉冲时序的方法及其系统的实现。系统可实时监测光斑的形状和形心位置及激光脉冲的绝对时和相对时，激光脉冲发射时间测量精度优于0．2μs。在对激光目标指示器等远场激光照射器的性能评价和激光通信中的远场激光信息场的测量中有较大实用价值，并对大面积的激光光斑的测量有重要的参考价值。     

纤维光路器件与光纤通信系统

本文首先列举了目前光纤通信中使用的各种纤维光路器件,并对几种主要器件作了概括性介绍。然后重点叙述用这些器件可能构成的光纤传输系统和网络。同时也谈到了光开关网络以及器件在测量仪器中的应用。文中对器件和系统的发展趋势略有说明。     

基于单棱镜复用的轴向可调式共光路干涉相位成像系统

基于干涉成像原理,提出了一种结构简单的轴向可调式共光路干涉成像系统的设计。该设计充分利用光路可逆性和分光棱镜的反射、折射特性,先通过棱镜将入射光分为两束平行光,一束照射到样品上被反射载物台反射作为物光,另一束则直接被反射作为参考光,然后利用上述棱镜使反射回的物光和参考光合束发生干涉。通过调整棱镜的分光层与光轴之间的夹角可分别实现不同类型的干涉。分别以傅里叶变换和三步相移范数法为例对实验获得的干涉条纹进行相位恢复,并通过对结果的分析评估了系统的性能,对设计用于生物细胞相位成像的可行性进行了论证。所设计的系统结构简单、操作方便、系统误差小,可为均质细胞的无损免标记形态检测提供一种简单易行的方法。     

一种高能激光系统光路模拟器设计

光路模拟器用于在实验室内模拟激光器激光束聚焦于远处实际靶子上时的激光能量密度分布,主要由球面镜组成。根据使用的球面镜数量的不同以及各球面镜间距离的变化,它可以模拟激光器实际聚焦于某一距离处靶子上的能量密度分布。文中推导出了光路模拟器的焦距及后截距的数学表达式,并用矩阵方法对计算得出的结果进行了验证,结果表明二者符合得很好。最后讨论了光路模拟器在实际使用中存在的一些问题,这对光路模拟器的调校及实际使用具有一定的指导意义。     

流场测量中的APV光路系统的设计

APV（Adaptive Phase/Doppler Velocimeter）系统基于多普勒频移和多普勒相位差原理,可以自适应地进行微粒的材料识别、微粒的大小及速度测量。本文利用粒子散射理论对APV系统进行了合理地布局,讨论激光多普勒系统在流场测量中光路设计的方法,并通过模拟实验验证该方法的可行性。     

横向剪切干涉中非共光路误差的识别与补偿

由于相移式横向剪切干涉不需要标准参考波面,因此它可以缩小干涉腔长、甚至实现绝对的共光路干涉,从而最大程度上降低了空气扰动和振动的影响,但实验室设计的相移式横向剪切干涉测量装置中的分束棱镜、剪切平板和五棱镜的制造误差仍然造成了发生错位的两波面间产生非共光路误差。通过剪切干涉测量装置中调整误差和非共光路误差的对比分析,提出了非共光路误差的计算方法,并在测试结果中进行非共光路误差的补偿。实验结果发现补偿非共光路误差后的面形误差与ZYGO干涉仪的测量结果非常接近。