全自动可变光阑测量激光发散角的工程化研究

激光远场发散角是评价激光光束质量的重要指标,根据远场发散角的定义和国际惯例,实际工程应用中设计出全自动可变光阑来测量激光远场发散角。在测量时利用图像处理和一阶重心距算法计算光斑中心,使可变光阑中心与待测激光束中心对准。测试系统自动由小到大变化光阑孔径,同时用探测器测量透过的激光能量。对光阑孔径和通过光阑的能量进行曲线拟合,算出总能量为1/e2时光阑的孔径,即对应于该处的激光束宽,从而可计算得出激光远场发散角。上述测量过程是利用虚拟仪器技术来全自动实现的,该激光远场发散角测试系统经过了项目验收和实际工程检验。     

大功率TEA CO2 激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。     

激光发散角测量的误差分析

为了研究产品装调过程中,套孔法和CCD成像法得到的激光发散角偏差较大原因,采用ZEMAX仿真进行了理论分析,并结合相关试验进行了验证。结果表明,在CCD白光观瞄系统中利用CCD成像法测量激光光斑大小时,由于白光与激光间存在光程差,计算激光发散角时,需要消除光程差导致的图像误差的影响。激光光斑大小与距离符合双曲线规律变化。近场条件下不成线性关系,CCD成像法测量得到的激光光斑图像偏大,计算得到的激光发散角远大于套孔法的测量值;远场条件下近似成线性关系,套孔法及CCD成像法测算得到的激光发散角数值基本一致。该研究可以根据产品的设计参量,消除光程差对激光激光束散角的影响,提高测量精度。     

高斯光束光学(续)——激光准直系统的设计

在激光的实际工程应用中,为了充分利用激光能量、提高分辨能力等,广泛采用激光准直系统。例如在激光测距仪中,虽然激光器输出的激光束已有良好的方向性,但为了提高测程,还必须进一步压缩激光的发散角。这类问题在激光测月等远程测距中尤显重要。激光束的准直问题实质上就是激光束通过透镜变换压缩发散角的问题,因此,准直原理也就是激光束的远场发散角的变换原理。     

大功率半导体激光束变发散角整形系统设计方法

在研究了大功率半导体激光器(HPLD)光束特性的基础上,提出了实现大功率半导体激光束变发散角的设计方法。针对线源像散激光光源设计了由两个垂直放置的平凸柱透镜组成的可变激光束发散角的整形系统。在满足光束发散角要求的前提下,通过离焦使其出射光束的发散角在一定范围内连续改变。建立了两个柱透镜移动量与光束发散角关系的数学模型。利用商用光学软件对整形系统进行了模拟,结果表明,光束发散角被压缩在一定范围内连续改变,从而可实现对不同范围物体照明。     

大功率半导体激光束非球面准直系统的优化设计

为实现空间激光束的远距离传输,利用矢量折射定理研究了大功率半导体激光器发散光束经非球面、非轴对称准直系统的光传输特性。对空间光线传输得出了矩阵传递公式,并针对大功率线源半导体激光器的发散光束进行了高精度的准直优化设计。为实现对激光束的进一步准直,利用光学设计软件CODE-V设计了卡塞格伦光学天线。利用两点法对发散角进行了实验测试,结果表明优化设计的准直系统发散角为1.924 mrad,经光学天线进一步准直后的发散角为96.2μrad。本空间光线追迹方法对复杂光学系统的精确计算具有一定参考意义,所设计的大功率线源激光束准直系统能广泛应用于远距离激光通信系统中。     

平行度误差激光准直法测量技术研究

为了实现平行度误差的精确测量, 提出了基于位置敏感探测器(PSD)激光准直法的平行度误差测量方法, 并设计了实验测量系统。该系统利用倒置望远镜结构二次透镜变换的方法, 对准直激光束的发散角和光斑大小进行平衡, 通过光学五棱镜转折光路, 由PSD将测量位移经信号调理电路和数据采集及处理系统, 实时得到测点相对于基准的位置, 再以最小包容区域法快速评定出被测要素和基准要素两者之间的平行度误差。结果表明, 系统相对不确定度为0.077%, 具有较高的测量精度。该研究为平行度误差的精密测量技术提供了有效测量方法, 具有一定的现实指导意义。     

阈值法测量激光束发散角

本文介绍一种阈值法测量激光束发散角的原理、装置和测量方法.该装置操作简单、数据处理快速,是一种实用的方法.     

测距用微激光束发散角的测量

高斯光束发散角的测量有很多种方法,但对很小的发散角,如20μrad的发散角,一般都不易测量.为了测量这样小的角度,这里采用倒置的激光准直望远镜,对待测发散角先进行放大,然后测量.同时,分析了倒置激光准直望远镜的定位误差对发散角的放大率的影响,得出了用倒置激光准直望远镜测量微小高斯光束发散角的可行性结论.     

TEM_(01)模He-Ne激光束的发散角的测定

要测量多模激光束的发散角,需测量激光束在垂直传播方向上的光斑半径。本文用针孔探测器方法和圆孔法测量 TEM_(01)模激光束的发散角,得到较为一致的结果。一、定义(1)多模激光束的光斑半径 w'(z)是光强下降到距中心(r=0)最远的极大值的 e~2分之一处到中心的距离。     

双面阵CCD实时测量激光发散角的系统

针对目前激光光束发散角测试速度慢,实时性差的问题,提出采用两个面阵CCD同时测量激光远场区域两个不同位置的光束宽度,用两点拟合的方法计算激光光束发散角的方法。该方法装置简单,可快速实时准确地测量激光光束发散角。测试结果表明,系统测量误差<0.1 mrad,重复测量误差均±1%之内。该测量方法研制的仪器成本低、测试效率高、便于携带,适合设备生产现场和空间有限的快速实时检测需求。     

基于夫琅禾费衍射的激光束散角外场检测

基于圆孔衍射原理,通过对菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射特性的对比分析,综合圆孔夫琅禾费衍射光强艾里斑分布特征,提出了一种基于夫琅禾费衍射的激光束散角检测方法,通过布设激光靶对激光远场光斑进行采集、分析、处理,得到激光器关键性能参数束散角的实测值。测量结果表明:采用该方法可获得较高的检测精度,并对影响测量精度的因素进行了分析,该方法可为激光器束散角外场检测提供科学指导。     

基于双光斑外缘曲线的高能面阵LD发散角测量方法

提出一种适合高能面阵LD发散角测试的新方法.该方法以激光光束传输到不同距离处的2条光斑外缘曲线的几何特征为基础来求LD的发散角,而2条光斑外缘曲线分别由2个半径不同的半圆环探头的旋转扫描探测获得.该方法解决了高能面阵LD发散角测试中的2个关键问题:一是现有测试方法中把面阵LD的面发光直接当作点光源引起的测试误差;二是避免了因LD功率过大而损坏和烧毁探测器.实验表明:该测试方法能够准确、可靠地测试高能面阵LD的发散角.     

基于CCD的脉冲激光器远场发散角工程化研究

简述了激光光束的基本参数及特性,并介绍了采用CCD进行激光发散角测量的基本原理和装置.用CCD测量光斑可以及时获得光斑的二维扫描结果.实际工程应用时常采用CCD来测量激光远场发散角.进一步介绍了使用CCD摄像法进行发散角测量所采用的系统软件设计,首次提出了采用图像处理的方法来捕捉脉冲激光光斑.     

Research on laser simulator for an optoelectronic confrontation HWIL test system

A laser simulator is proposed which is based on a hardware-in-loop (HWIL) simulation test system. As an important device in the simulation test system, it is used to simulate the laser energy and the divergence angle. The laser simulator simulates the attenuation process of laser energy by the continuous rotation of Glan prisms and the changing of laser spot size through the continuous motion of the laser beam expanding telescope on the straight platform. The dynamic attenuation velocity of the laser simulator is up to 4 dB/s, and the divergence angle adjustment velocity is up to 3 mrad/s. The method is feasible for the simulation test.     

室内测量定位系统水平测角性能的检定

在室内测量定位系统多平面约束测量模型中,发射站水平旋转角度是唯一观测量。为了对水平旋转角度测量精度进行评估,利用旋转激光平面的几何性质,建立了水平旋转角数学转化模型,推导了水平旋转角标准差和水平检定角标准差之间的关系。提出一种以多面棱体和平行光管作为调整手段、多齿分度台为角度参考基准的角度检定方法,并以室内测量定位系统为平台,对水平旋转角度测量性能进行了检定。实验结果表明,系统水平旋转角测量不确定度为2.4"(99.73%置信概率),本文方法适用于绕空间固定轴旋转角度测量精度的检定。     

空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术

遥感相机光学系统畸变系数作为影响相机在轨成像质量的关键因素,其检测精度一直以来都是遥感相机研制过程中的核心环节。传统的测角法主要依靠高精度二维转台,实现了光学系统视场角与像高之间的精准对应,该方法对测试设备和测试环境要求苛刻。随着相机焦距、口径和体积的增大,对于转台设备的尺寸与测量精度也日渐提升,单纯依靠提升测试设备性能无法满足后续各类高性能遥感相机的研制需求,尤其对于垂直装调类超大口径空间高分辨率光学系统,该方法不可行。在传统精密测角法的基础上,提出一种基于干涉原理的空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术,相比于传统的精密测角法,该方法在同等测试精度的基础上,具备更广泛的适用性,其不再受限于测试设备的尺寸与精度限制,可同时满足各种类型遥感相机的畸变测试需求。文中详细介绍了该畸变测试方的基本原理、测试方法与误差链路,并对该畸变测试方法进行了应用验证,将结果与传统畸变测试方法进行对照,表明该方法的测试精度满足遥感相机的研制要求且适用范围更广,对航天长焦距大口径遥感相机研制及畸变测试有参考借鉴意义。     

基于激光光源的太阳辐射计视场角测量方法

视场角（FOV）是太阳辐射计的基础参数,也是太阳辐射计传递定标方法和室内积分球光源对比定标方法的关键参数,获取高精度的FOV是提高此类定标方法精度的重要手段。基于矩阵扫描测量方法,针对CE318型太阳辐射计,研制了激光光源测量FOV系统,并将测量结果与传递定标法进行了对比验证。结果表明：基于激光光源的矩阵扫描测量效果最好,不确定度为0.4%~1.1%;而基于太阳光源矩阵扫描测量受太阳运动的影响,因此有一定的发散角,导致测量结果比激光光源测量结果小约1.3%~1.4%。此外,在太阳辐射计历史定标系数较多时,激光光源测量结果与传递定标法计算的FOV结果一致性较好,说明传递定标法在历史数据多时也可以得到较精确的FOV结果。