光斑尺寸对光轴检测的约束分析及验证试验

入射激光光轴检测分辨率主要由固有分辨率和细分精度两部分组成,但大气信道二次调制会直接引入误差进而影响光轴检测的检测精度.为了降低光轴检测系统对大气信道环境的敏感程度,首先CCD光轴检测系统和四象限(4QD)光轴检测系统作为两种典型的光轴检测系统其检测模型被分析,并推导在大气环境中其分辨率、固有分辨率、细分精度与光斑尺寸之间的关系.接着以4QD检测模型为例,指出信标光的信噪比和光轴偏移量是影响光轴检测系统的重要技术参数.最后通过一个野外光轴准试验验证了光轴细分精度对大气干扰敏感,而固有分辨率受大气影响不大,可以改变光斑尺寸来改善光轴检测系统对大气干扰的敏感程度.     

聚焦高斯光束湍流大气传输的定标模型

为实现激光湍流大气传输效应的快速评估,采用数值仿真方法研究高斯光束远场长曝光光斑的定标规律。首先,对理想光束真空衍射和湍流扩展效应分别定标,结果表明光源截断强弱影响远场有效半径大小。然后,考虑衍射、初始像差、平台抖动和湍流扩展的相互作用,改进了半径平方加和假设,建立了远场63.2%环围功率半径和平均光强的定标规律模型。特别地,对于截断因子为■的高斯光束,在实际激光系统特性、常用光学湍流廓线、地对空传输路径组成的参数空间中开展了数值仿真,利用遗传算法确定了模型的标度指数。结果表明基于改进的半径平方加和方法所建立的定标规律模型精度有了显著提升。定标规律模型与数值仿真的结果对比表明,真空传输远场半径的平均相对偏差为1.55%,湍流大气传输远场半径和平均光强的平均相对偏差分别为1.92%和3.80%。     

准分子激光线宽对光刻性能的影响

描述了激光线宽对光刻过程的影响模型建立过程中所使用的方法.成像透镜产生的色差结合实际激光光谱可以把激光线宽的影响包括在光刻模拟的模型中,使用PROLITH软件模拟了线宽对空间像的临界尺寸、焦深、曝光宽容度的影响,孤立线和半孤立线条尺寸在240nm到140nm的范围内完成研究.实验结果表明,光刻过程中增加激光线宽使空间成像质量变差,较大的线宽也导致了曝光宽容度的损失.     

测距激光的能量分布及其对光轴校正的影响

利用涂料墙面作为反射目标,采集、处理和分析脉冲激光测距机发射激光的光斑能量分布.结果表明:能量环带占比从中心到边沿呈现由高到低的变化趋势,80%以上的激光能量集中在占激光光斑总面积60%的中心区域内,而且某些型号的测距机激光能量分布存在较明显的区域不均衡性.因此,测距机要达到最大测程的指标要求,相关光轴的平行性校正必须更加严苛,而且光轴平行性校正方式也应加以改进.     

聚焦平台光束大气传输光束扩展的定标参数分析

建议采用63.2%环围能量半径及其内平均功率密度描述激光器大气传输光斑扩展特性.通过利用数值模拟及实验观测相结合的方法,对聚焦平台光束大气传输线性效应及湍流热晕相互作用引起的光束扩展进行了大量的数值模拟及部分实验研究,建立了描述聚焦平台光束大气传输光束扩展与大气传输特征物理参量的定标关系,从而为激光工程应用的可行性及系统参量的优化设计提供依据.     

别汉棱镜角度误差对光轴一致性影响的研究

在周视扫描成像系统中,需要通过特定光学元件进行消像旋.别汉棱镜是最常用的消像旋元件之一,由于棱镜的角度误差对系统光轴的影响较大,因此对别汉棱镜的角度误差要求非常严格.本文通过分析推导反射光线、折射光线以及三维坐标系旋转的矢量形式表达式,建立了别汉棱镜的角度误差模型,在此基础上分析了入射光轴经别汉棱镜折反射之后出射光轴的...     

利用位置敏感型光电倍增管测量光斑漂移的定标方法

将位置敏感光电倍增管(Position sensitive photomultiplier tube,简称PSPMT)引入大气湍流引起的漂移效应的实验测量中.基于PSPMT的工作原理,分析了探测器的放置位置对输出信号的影响,通过实验方法对PSPMT进行了位置定标和增益定标,获得了入射光束在探测面上的位置坐标.测量结果显示:在入射光斑尺度达到厘米量级同时具有较高强度的情况下,一次采样无法正确反映入射位置.因此以若干次测量的统计平均值表示入射位置,并综合考虑采集卡的最高采样率、采样点和信号频率等因素,分析了在漂移测量中如何选择进行统计平均的数据点的个数.     

大气光学特性对激光工程影响的概率分析

大气光学特性具有复杂的空间和时间变化特性，它对激光工程的影响不能简单地评价。要透彻地了解激光工程系统在使用地区受大气影响的全貌，必须全面地分析各种可能的大气状态下激光传输的效果，使用概率进行评价。以合肥骆岗机场近地面0.946 μm的激光水平传输2 km为例，在全年大气条件下从大气分子吸收、大气气溶胶粒子消光和大气湍流效应各方面详细分析了传输效果，得到了传输效果的概率分布特征，说明了大气对激光工程影响的复杂性，为相关应用分析提供了示范。     

猫眼光学窗口反侦测能力影响因素分析

为了提高我军光电对抗能力,达到攻防兼备的目的,必须在开展猫眼主动侦测研究的同时,开展猫眼光学窗口的反侦测策略研究。以探测激光回波功率为主要判断依据,利用数值仿真的方法对反侦测能力影响因素进行了定性和定量分析。结果表明,猫眼回波功率会随着探测器入射光功率、接收光学系统光学窗口面积、发射光学系统透过率、发射激光束发散角、猫眼物镜口径、焦距及反射元件失调量的改变而变化,且受漫反射背景和系统工作波长的影响。对影响因素的分析为反侦测策略的研究提供了理论依据。     

相位共轭补偿大气传输中SBS的阈值效应对目标上光强分布的影响

提出了在用非线性光学技术补偿激光大气传输过程中，利用受激布里渊散射（ＳＢＳ）的阈值效应可以在非配合目标上主动获得小面积的信标光斑。从理论上证明了在存在大气湍流的情况下，阈值效应对目标上信标光强分布的影响。最后分别就最初目标上的光斑是由两个强反射光点组成的光斑和是一个大面积的强度连续分布的光斑的情况进行了实验研究，实验结果与理论相符合。     

人眼色差对夏克-哈特曼波前探测器的影响

为获得高分辨率视网膜血管图像,在自适应成像系统中,采用双光源照明模式。由于人眼存在色差,采用双光源照明模式会导致探测到的波前与实际需校正波前不一致。采用36项Zernike多项式拟合人眼波前,利用Liou&Brenann、Navarro模型眼和真实人眼分析了人眼色差对夏克-哈特曼波前探测器的影响:对于Liou&Brenann和Navarro模型眼,561 nm和785 nm光的波前色差均方根值(RMS)分别为0.09λ和1.44λ,去除离焦项后的波前色差RMS值分别为0.0025λ和0.01λ;对于真实人眼,两光源的波前色差RMS值为1.92λ,去除离焦项后的波前色差RMS值为0.04λ。根据Maréchal判据,除离焦项外,色差对其他波前像差的影响均方根值小于衍射极限(1/14λ),故波前像差的影响可忽略。由色差造成的离焦量可通过移动成像相机进行补偿。从结果可以看出采用双光源照明的视网膜血管自适应光学成像方案是可行的。     

影响光学发射天线增益的各因素分析

在大气激光通信中,光学发射天线的孔径、波长、通信距离是影响光学发射天线增益的因素.通过数值仿真计算研究分析了光学发射天线的孔径等不同因素与光学发射天线增益的关系.     

非Kolmogorov大气湍流对高斯谢尔模型光束光谱变化的影响

基于非Kolmogorov谱模型,利用广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出了高斯谢尔模型(GSM)光束在非Kolmogonov大气湍流中光谱的解析表达式,并用其研究了非Kolmogorov大气湍流对GSM光束光谱变化的影响。结果表明,GSM光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时有光谱移动(蓝移和红移)和光谱跃变发生。光谱跃变的发生与离轴距离r、广义指数参量α、广义结构常量C_n~2、湍流内尺度l_0、湍流外尺度L_0和传输距离z有关。随着广义指数参量α的增大、湍流内尺度l_0的增大及广义结构常量C_n~2的减小,光谱跃变量△减小,光谱跃变临界位置z_c增大。该研究工作可为自由空间光通信等实际应用提供理论模型和计算依据。     

水平大气通道的光波前倾斜功率谱的测量及其频率分析

在自适应光学系统设计和搭建过程中,一个关键的设计考虑因素就是倾斜镜的带宽,即Tyler频率.提出了一种根据实测的湍流整体倾斜功率谱直接计算Tyler频率的方法.首先利用Shack-Hartmann波前探测器,测量了水平湍流倾斜像差的功率谱,然后以一个衍射角为截止均方根残差,确定出Tyler频率.在实验所处的湍流条件下,...     

大气湍流与平台微振动影响下的星地激光通信性能

大气湍流与平台微振动的存在会导致星地激光通信链路的随机信道衰减,使通信质量无法得到保证.为了研究大气湍流与平台微振动共同影响下的星地激光通信性能,建立了联合星地激光链路随机衰减模型,并基于二进制相移键控调制、外差相干接收给出了该模型下系统平均误码率的闭合表达式.仿真分析了不同星地激光通信系统参数对系统误码率性能的影响,...     

大气湍流对单光子通信中光子态的影响

为了研究光子态在大气湍流中的变化规律,基于拉盖尔-高斯光束横向空间波函数(光子轨道角动量的本征函数)以及湍流大气中拉盖尔-高斯光束光子态(可由各本征光子态叠加构成),得到了湍流大气中光子态的探测概率,并分析了大气湍流、传输距离、质量因子对光子态的影响。结果表明,质量因子是决定发射光子态跳变的重要因素,相同质量因子的光子态在接受端的测量权重基本相同,且质量因子值越大原光子态测量权重越小。同时,在湍流大气的影响下,从原光子态跳变到轨道角动量增加某值的光子态的测量权重总和与跳变到减小相应轨道角动量的光子态的测量权重总和基本相同;随着湍流强度或传输距离的增加,发射光子态在接受端的光子测量权重不断减小,而且湍流强度对光子态测量权重的影响比距离的大。     

高斯光束质量与波像差之间的关系

为了考察光阑截断时高斯光束质量与波像差之间的关系,采用高斯光束值作为截断高斯光束质量的评价参量,通过数值仿真的方法分析光学系统波像差对截断高斯光束质量的影响,给出了高斯光束值与波像差间的拟合关系。讨论了高斯光束质量与Kolmogoroff大气湍流强度间的关系,并给出了二者间的拟合公式。结果表明,该拟合公式的计算结果在相当广的湍流强度范围内与数值仿真结果较好吻合,这也进一步验证了高斯光束值与波像差拟合关系的正确性。     

寻找激光系统中离轴鬼点和鬼线的矩阵方法

在实际的高功率激光系统中 ,当光学元件非共轴放置、光学元件有像散特性、光束倾斜入射时 ,系统中会出现许多离轴的鬼点 ,鬼点也可能变为鬼线。采用 4× 4光学矩阵 ,给出了计算高功率激光装置中的任意n阶离轴鬼点或鬼线的方法 ,还给出了判断鬼点或鬼线虚实的判据     

多程放大系统中透镜倾斜对系统像差的影响分析

为了研究多程放大系统中的透镜倾斜对系统像差影响,采用在商用光学设计软件ZEMAX中建模进行光线追迹结合实验验证的方法,得到了初步分析结果.结果表明,在此类多程放大系统中,对远场能量集中度有较大影响的几种像差主要由透镜离轴倾斜使用造成的,其中离轴四程透镜的影响较大,而且离轴四程透镜的倾斜角度对整个多程系统输出的波前影响并非是线性上升.对校正装置的系统输出波前畸变及今后类似光路的优化设计有一定参考意义.     

基于渐近解的成像电子光学近轴横向像差理论及其验证

在成像电子光学系统的横向像差中,近轴像差是整个像面普遍存在、且影响图像中心像质的主要像差,并决定了系统的极限分辨率.本文由电子光学近轴方程的渐近解推导了近轴横向像差的普遍表示式,并通过一两电极静电同心球系统,推导了近轴轨迹特解的渐近解和精确解的解析表示,给出了二级和三级近轴色球差以及三级近轴放大率色差的表达式,证明了基...