用于眼睛轴向参数测量的快速扫描延迟线设计

光学延迟线的性能是人眼轴向参数快速、准确、大范围测量的重要因素。为提高光学延迟线性能,通过对旋转式延迟线扫描原理及等差光纤光程倍增原理的分析,提出了一种基于等差光纤组的旋转式光程扫描装置。从理论上推导了光程延迟距离公式并提出了一种光纤自标定方法。最后搭建测量实验系统,对延迟线的扫描频率、延迟距离、延迟线性度及光纤自标定的重复性精度四个方面的特性进行了测试和评估。测量结果表明,该延迟线的扫描频率达到14 Hz,最大延迟光程为127.442 mm,延迟线性度误差为0.15%。重复性精度优于0.004 mm。能够满足人眼轴向参数快速、准确、大范围测量的需求。     

精密光纤延迟线的设计及实验验证

为了解决光纤延迟线研制中高延迟精度和低插入损耗相互矛盾的问题,提高延迟线制作的工程可行性,提出了由基于光纤组合透镜准直器,角锥棱镜反射镜的光学结构和滚珠丝杠等机械结构组成的延迟线系统模型。介绍了光纤延迟线的构成和基本原理;根据项目研制的具体要求,重点设计了波长在1 550nm的关键器件——光纤准直器和角锥棱镜;然后,进行了光学辅助机械结构的设计和组装;最后,采用光纤激光器完成了光学校准和数据测试。实验结果表明:该延迟线在延迟距离为1~9.6cm时,耦合效率均在80.6%以上,并且时延的重复性很好,精度较高,可以满足雷达、通讯、电子对抗等各种不同电子系统的需求。     

两维快速控制水冷反射镜装置设计

通过对高功率激光发射系统中,从激光器到发射系统的强激光通道内光束传输质量的分析,发现了影响光束传输精度的原因。设计了一种新型两维快速控制水冷反射镜装置,解决了强激光传输方向的精确实时控制和校正光束整体倾斜方向的问题,实现了减小镜面热畸变提高光束质量的功能。试验测试结果表明,两维快速控制水冷反射镜装置工作稳定、可靠;具有质量轻、转动惯量小、行程小、谐振频率高、响应速度快、动态滞后误差小等优点。此装置设计合理,具有应用推广价值。     

恒星光干涉仪中光学延迟线的结构设计

下一代长基线恒星光干涉仪要求光学延迟线在快速移动时,保持光程差在纳米级.在恒星移动,大气扰动和机械振动的情况下,恒星光干涉仪的光学延迟线要求实时补偿从观测星到光束合成器的光程差.为此提出光学延迟线的一些改进方案.     

用于雷达回波仿真的小型化微波光纤延迟线

针对高分辨率雷达回波信号仿真对带宽、线性度和延时性能的要求,设计了X波段雷达测试与校准应用的小型化微波光纤延迟线。分析了雷达回波模拟源对距离延迟单元的性能要求,根据系统指标,研制了用于宽带雷达信号线性电光转换的关键器件—直接调制分布反馈(DFB)激光器。基于光纤反射镜,设计与实现了一种小型化的反射式延迟线结构。最后,利用矢量网络分析仪对系统的微波传输性能进行了测试分析。结果表明:直接调制DFB激光器的-3dB模拟调制带宽高达21GHz。基于该激光器的微波光纤延迟线,针对X波段雷达测试应用可提供40、80、120μs不同延时的目标回波模拟,其带内幅度平坦度小于±0.5dB,相位非线性小于10°,同时线性动态范围大于60dB,满足雷达回波仿真与校准过程对于信号附加幅频误差和相频误差的要求。     

基于磁杆直线电机的光学延迟线研究

在太赫兹时域波谱系统中,通过光学延迟线的时间延迟实现对太赫兹时域信号的采集,而传统的光学延迟线存在扫描速度慢、光学延迟分辨率低等问题。为此,提出了一种采用磁杆直线电机作为驱动和传动一体装置,并加入光栅测量系统的光学延迟线改进方案。测试结果表明,该方案可实现长距离内高速、精准往复运动,同时提供高达512 ps的延时范围和0.033 fs(位置定位精度0.01μm)的光学延迟分辨率,显著提高了太赫兹时域波形振幅的稳定性。     

二维方型位置敏感探测器线性度的研究

研讨位置敏感探测器(PSD)的线性度问题,对影响二维方型结构PSD的线性度的三种因素,即边框区电阻率,负载电阻以及分流电阻的均匀分布进行模拟仿真实验研究,得到了相应的电流—位置图,并对其进行了分析,得出边框电阻和负载电阻越小,分流面电阻越均匀,从而线性度越好,位置误差也越小的结论,为进一步提高二维方型结构PSD的线性度提供了途径。     

探测光斑尺寸对热透镜聚焦误差信号的影响

为研究探测光斑尺寸对热透镜聚焦误差信号的影响,建立了基于光学相移理论的热透镜聚焦误差信号理论模型,给出了构型参数优化条件及最大聚焦误差信号的理论值.通过数值计算,分析了探测光斑尺寸对聚焦误差信号及其线性范围的影响.计算结果表明:聚焦误差信号随着探测光斑半径的增大先增大后减小,当探测光斑半径为激励光斑半径的1.14倍时聚...     

基于单目视觉的激光光束方向标定研究

在由激光位移传感器组成的测量系统中,激光光束的方向是一个关键参数.方位角和俯仰角对于一条激光光束是最为重要的两个参数.本文中提出一种基于单目视觉的激光光束方向测量方法.首先,将CCD相机放置于基础平面上方,保持相机光轴与基础平面接近于垂直状态,并利用误差为10μm的圆孔型标定板建立单目定位模型.然后将激光光束发生装置放置在基础平面上并保持位置固定,同时在基础平面上放置特制靶块,使激光光束可以投射到靶块斜面上并形成一个激光光斑.在基础平面上方放置的CCD相机可以清晰的采集到激光光斑、靶块斜面的图像,应用相关算法提取出光斑质心的二维图像坐标.沿激光光束方向以相等间距移动靶块,通过CCD相机采集每移动一次靶块在当前位置下的光斑、靶块图像.利用相关的转换公式,结合靶块本身固有参数,将光斑质心图像二维坐标转换为基础平面下的空间三维坐标.由于靶块的移动,会得到靶块不同位置下激光光斑质心的三维坐标,将这些三维坐标拟合成空间直线表征待测激光光束.拟合直线得俯仰角即为待测激光光束的俯仰角.实验中,应用高精度仪器对靶块参数进行测定,并使用高精度标定板标定相机内外参数建立相应的定位模型.测量精度主要通过单目视觉定位精度、光斑重心提取精度来保证.结果显示,待测光束的俯角最大误差达到0.02°,光束间夹角的最大误差为0.04°.     

平行平板平行度的检测

通过非接触式的光学检测方法对两平面间的平行度进行检测。若两平面平行,则两光斑完全重叠在一起;若两光斑没有完全重叠,说明两平面间有倾角。针对两光斑没有重叠的情况,通过理论分析两光斑圆心之间的距离与倾角之间的关系及两光斑间的相对位置与倾角的方向间的关系,然后图像处理实验图得出两光斑间的圆心距,即可确定两端面间倾角的大小及方向,通过圆心测距法求得的倾角误差小于2′。     

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。     

半导体环形光延时线的非线性传输特性研究

长链的串联谐振腔结构可构成慢光传输的光延时线色散补偿器件,能有效补偿光纤传输的色散,补偿光纤长距离传输造成的脉冲失真。从非线性薛定谔方程的数值解法出发,详细分析了长链微环谐振器的周期性波导结构的各种非线性效应。分析并得到了几个关键系数(二阶色散,三阶色散,非线性系数)对长链微环结构的影响,做出了工作模式分区图以及在不同光学参数下的长链微环谐振结构的传输特性。该分析方法对于半导体环形光延时线的结构设计以及性能优化具有一定的指导作用。     

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。     

基于双通道M-Z干涉仪的FBG光开关研究

为降低电光开光的插入损耗并提高性能,提出了一种基于双通道可调谐马赫-曾德(M-Z)干涉仪制作的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)光开关,通过改变干涉仪中的可调电动光纤延迟线的延迟时间,实现滤波谱周期的可调谐。通过改变干涉仪其中一臂的延迟时间设定,该光开关能够实现对设定波长光波的开关功能。对光纤M-Z干涉滤波原理进行了理论分析,使用C波段宽带放大自发辐射光源对双通道可调M-Z干涉仪的性能进行了测试。结果表明,其可实现大范围及高精度的滤波调节功能。对基于双通道可调谐马赫-曾德干涉仪制作的FBG光开关,通过FBG开关性能检测系统实验,得到该光开关在波长为1 550nm处的输出光谱,光开关的消光比达到25dB。结果表明,该光开关能够实现大范围高精度滤波功能,具有高消光比、结构简单和易于调节等优点。     

A New Optical Rangefinder Design for Detection of Obstacles

This paper presents a distance sensor known as a rangefinder. This sensor measures the distances from a robot to obstacles based on the triangulation principle. This principle is widely used in photography and in other areas. For mobile robot applications, the rangefinder is designed to minimize the cost and the interference from external illumination in order to obtain a sufficiently large measurement distance. The light beam is generated with a small lamp and a lens. This light beam is reflected with a rotating mirror and scans the surrounding space. Obstacles reflect the light beam to the second mirror and the second mirror reflects it to the second lens. Then the focused light beam arrives at the line of optical sensors. A special electronic device gives the time of arrival of the light beam. This time is transformed to binary code for the computer. The computer transforms the binary code to the distance using the geometrical features of the rangefinder. The rangefinder with 10 optical sensors will make approximately 1,000 measurements per second. In this article the scheme of the rangefinder is described. The main parameters of the rangefinder prototype are presented.     

基于声表面波器件的无源传感器的研究

利用声表面波器件的高频压电转换特性,研究设计了一种可实现无线访问的时间延迟型无源传感器,为提高回波信号的信噪比,在ＳＡＷ器件的设计中,采用了一种并联式的新型结构以替代传统的共线式结构。利用一套射频访问系统,本文重点针对器件的力敏特性进行了实验研究。实验表明,合理地设计器件中ＩＤ－Ｔａｇ与反射栅的参数,可稳定地测出器件上ＳＡＷ的传播参数,测量结果不受器件与访问系统间距离的影响,利用这一原理,可进上步     

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。     

基于时域结构的光学相干层析系统的调试

基于时域结构的光学相干层析系统由于光线多次通过,按照光路可逆原理调整会很困难.在理论分析和多次实验基础上,现总结出一套快速调试方法,大大缩短光路调试时间.详细分步骤描述了纵向傅里叶快速扫描光学延迟线和横向扫描部分的调试方法,给出快速寻找干涉系统光程匹配点的调试方法.利用构建好的光学相干层析系统进行层析成像实验调试,纵向...     

同心扫描法制作凹球面等距网栅的误差分析

纬线与纬线相交可形成球面等距网栅,而采用"同心扫描"的运动方式可在凹球面上生成纬线。"同心扫描"要求直写物镜光轴、直写物镜水平转轴、工件回转轴和工件分度轴四轴交于工件凹面球心。采用两两相交误差几何分析的方法,得到了同心误差与离焦量和栅距误差的变化关系:随着同心误差增加,系统离焦量和栅距误差也增加,且二者的变化趋势基本一致。因为网栅线宽一般要求达到微米量级,与之匹配的栅距则往往为几百微米,所以栅距误差与栅距相比可以忽略,系统离焦量对网栅线宽的影响却必须认真考虑。采用几何光学基本公式对物镜系统的进一步分析表明,为了制作细且均匀的网栅线条,必须采用小光斑,而小光斑对应的焦深也小,从而要求离焦量小,对同心误差要求严格;反之,则可放宽对同心误差的要求。