基于反射式平行光管法的紫外透镜焦距测试研究

光学透镜是光学仪器中最基本的器件,而焦距又是光学透镜最重要的特性参数,如何精确测量透镜的焦距一直以来都是研究重点,然而目前鲜有针对紫外透镜焦距测试的研究。本文结合紫外透镜的特点,对一种基于反射式平行光管的紫外透镜焦距测试方法进行了研究,并以此设计出了一套紫外镜头焦距测量系统,同时选用了不同焦距的紫外镜头进行了实验,最后对系统进行了误差分析。实验结果表明,该测量系统可以对紫外镜头焦距进行高精度测量,25 mm镜头的测量误差为2.041%,100 mm镜头的测量误差为0.934%,验证了测量系统的准确性。     

偏振变换法测量固体激光器的动态热焦距

为了精确测量激光晶体的动态热焦距,提出了一种指示光偏振变换测量方法。基于几何光学成像理论,建立了热透镜动态热焦距的表达式。将准直的指示光往返两次通过具有热透镜效应的激光晶体,利用偏振变换的方法使测量光束有效的从光路中分离出来,采用CCD相机对被测光束进行探测。搭建了激光晶体的动态热焦距的实验测量装置,分别测量了端面泵浦和侧面泵浦两种工作状态激光晶体的动态热焦距,最后分析了实验测量的误差。结果表明:利用指示光偏振变换法测量激光晶体的热焦距,测量误差仅为0.8 mm,能够满足激光器谐振腔设计要求。     

固体激光器腔型结构对热透镜焦距测量的影响

热透镜效应对固体激光器的性能影响很大,准确测量热透镜焦距对固体激光系统的设计有重要意义。考虑热致双折射效应,利用等效谐振腔的g参数坐标图进行分析,推导了三种不同腔型结构下径向热透镜焦距和切向热透镜焦距系数的计算方法,分析并得出了测量热透镜焦距系数所需的腔型结构。实验采用Nd∶YAG作为激光晶体,三组激光二极管互呈120°侧向抽运。实验结果表明,在非对称平-平腔中,当激光晶体相对于两面腔镜位置不同时,谐振腔输出功率会出现不同的变化趋势,测量出径向热透镜系数为31.76 m.W和切向热透镜系数为42.26 m.W。实验验证了理论分析的正确性。     

一种改良的非稳腔热透镜焦距测量方法

提出了一种改良的非稳腔热透镜测量方法,采用此方法对Nd：YAG连续激光器临界稳定点的输出功率进行测量,计算得到Nd：YAG晶体连续工作模式下的有效热透镜焦距,同时对主动调Q Nd：YAG激光器进行实验,采用改良非稳腔方法测量了主动调Q Nd：YAG激光器的热透镜的焦距。连续和调Q工作模式下的热透镜焦距实验结果有较好的一致性。文中对固体激光器的热透镜焦距进行了理论计算,理论计算结果与实验结果在误差范围内能较好地吻合,证明了文中提出的热透镜改良测量方法的有效性和可靠性。     

球面补偿法测量透镜焦距研究

基于球面补偿原理和自参考单板剪切干涉技术,提出了一种测量焦距的新方法。该方法装置简单,测量方便,精度高,信息丰富,不仅可用于焦距测量,而且还可给出光学球面的曲率半径等参数。文中详细分析了测量原理,并给出了不同透镜的测量结果。     

激光二极管端面抽运固体激光器的热效应和热透镜焦距测量

激光二极管(LD)端面抽运固体激光器的热效应是影响激光输出特性和系统综合性能的重要因素,因此准确的热透镜焦距测量是谐振腔设计的重要前提。从热传导方程入手,计算了LD端面抽运晶体的温度梯度分布,求出探测光束经过晶体后的相位差分布,通过傅里叶变换得到探测光的夫琅禾费衍射图样。基于上述理论模型,提出了一种利用探测光的夫琅禾费衍射图样测量热透镜焦距的新方法,可实时在线测量。由夫琅禾费衍射图样求出光程差,进而由光程差可求出激光晶体的热透镜焦距。实验测量了激光晶体的热透镜焦距,并与非稳腔法实验数据进行对比,证明了这种方法的可行性。     

带压电执行元件的变焦距镜头

近年来,利用液晶折射率变化的液晶透镜和利用电光学材料的电光透镜等实现光学特性电学控制的几种变焦距镜头正处在研究之中。变焦距镜头不象以往的透镜那样调节焦点时需要光学件的机械运动,可以进行高速、大范围的焦距调节,因此,在光信息通信领域,具有使装置大幅度小型化的可能性。作者使用微机械研究中开发的新型压电执行元件,开发出了     

基于双焦距微透镜的半导体激光束准直的研究

针对半导体激光器光束的准直,从分析光束本征像散的角度出发,给出利用单个双焦距微透镜准直LD光束的方法;理论分析和ZEMAX模拟表明在快慢轴两个方向均为双曲面轮廓的双圆锥曲面透镜能实现对光束快慢轴的同时准直;利用光刻胶热熔融法制作了具有双焦距的椭圆形微透镜,并进行了半导体激光器光束的准直实验,测量光束准直前后的发散角,结果表明双焦距微透镜可以实现准直。     

利用莫尔条纹的计算机图象测量长焦距透镜焦距

莫尔条纹(Moire fringes)是两组线簇重叠在一起，在其交点位置处形成的条纹。由于莫尔条纹反映了两组线簇的空间频率之差(即拍频)，因此它具有放大作用，故可用来测量一些诸如角度、位相等微小变化量。本实验是利用两块空间频率相同的黑白光栅产生的莫尔条纹来测量长焦距透镜的焦距。先从理论上推导出在平行光场中，置于两块栅线呈一夹角的光栅之间某位置处的透镜产生的莫尔条纹为一组平行的直线系，它的斜率与透镜焦距之间定量关系。然后在实验中用CCD接收莫尔条纹的像，由计算机图象的斜率计算出待测透镜的焦距。     

模式液晶透镜的制备与光学成像特性研究

在原有圆孔型液晶透镜和模式液晶透镜(MLCL)理论的基础上,将MLCL的等效电路模型和液晶的连续弹性体理论相结合,提出了一种简洁的MLCL的理论仿真方法。利用已有的实验工艺制备出了通光孔径为4 mm,盒厚为50μm,方阻为2 MΩ/sq的MLCL。此透镜的成像特性和焦距都可以通过调节施加在透镜上的电压的幅值和频率来调控。搭建实验平台,来实际测量、观测不同电压值和频率下透镜的焦距和成像效果,并对之进行详细的分析。     

长焦透镜焦距及透射波前检测

提出了在球面光路中利用凹球面反射镜同时测量长焦透镜焦距和透射波前的干涉检测方法,分析了该检测方法的误差以及测量误差和调整误差对检测结果的影响,确定了在检测过程中所需控制的相对敏感自由度。结果表明,该检测方法可对F/#≥50的透镜进行检测,其焦距计算相对误差为0.2%,透射波前P-V值可达1/25λ。     

高精度长焦距测量系统反射镜安装误差分析

大口径长焦距测量系统中,为了缩小测量系统的尺寸,加入两块反射镜形成折返光路。折返光路中两块反射镜的安装误差是影响测量结果的重要因素。将条纹理解成条纹成像面上的点光源阵列,通过这一思路分析了反射镜偏转角度对最终检测结果的影响。研究了反射镜偏转角度与反射镜单位法向量的计算公式,结合反射定律的矩阵形式,求出入射光矢量到出射光矢量的变换矩阵。基于反射镜的单位法向量、出射光的方向向量,利用解析几何得到理想接收屏上条纹所在直线的方程,求出接收屏上测得的条纹的角度。计算了两块反射镜小角度旋转的49种组合情况下,莫尔条纹角度的偏差结果。使用自准直仪分光路的方法调整反射镜,将反射镜安装误差控制在1以内,莫尔条纹角度的偏差在10-4数量级。通过实验验证莫尔条纹的测量精度实际达到0.005,充分说明了反射镜的调整效果。     

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。     

变焦鱼眼镜头系统设计

变焦鱼眼镜头系统具有更大的视场角、更大的相对孔径、更大的反远比的特点。文中的设计过程中,首先,利用平面对称光学系统理论设计了固定焦距的鱼眼镜头初始结构;然后,把此鱼眼镜头的组元划分为前变焦组和后变焦组两个变焦组,并利用了高斯光学理论对整个变焦镜头进行了变焦优化;最后,得到一成像质量良好的变焦鱼眼镜头。该镜头最短焦距8 mm时的视场角为180°,最长焦距16 mm时的视场角为90°,其相对孔径为1/3.5。设计结果表明:该变焦鱼眼镜头系统的调制传递函数（MTF）数值在不同的焦距长度、空间频率为50 lp/mm时均不低于0.45,该变焦鱼眼镜头物镜比其他变焦鱼眼镜头具有更好的成像质量。     

焦距对计算关联成像质量影响的实验研究

传统光学成像要求像面在成像透镜组的焦平面上,以此获得最大的光通量,因此焦距对成像质量影响较大。研究了焦距对计算关联成像成像质量的影响,搭建计算关联成像系统,利用桶探测器信号的强度涨落分析不同焦距下的关联成像结果,分析了背景光强对强度涨落的影响。结果表明:焦距和背景光强的变化对计算关联成像成像质量影响不大,解决了热光关联成像中两光臂不等形成的散焦造成成像质量下降的问题,并且该成像只用一个无空间分辨能力的探测器就能完成高分辨率成像,降低了对探测器分辨能力的要求,避免了光通量在维度上的分配,提高了信噪比,且无需成像透镜,该成像方式非常适合用于极弱背景下的成像探测。     

光相位延迟的二维测量及系统设计

本文提出了一种测量光相位延迟的新方法；四步相移法，在此原理基础上采用面阵CCD作为光强探测器，设计了一套同时测量待测样品通光面上各点的相位延迟和波片的方位角的测量系统，并较详细论述了该系统的测量原理、系统结构、软件编制及测量结果。实验结果显示该系统用于波片相位延迟测量时其误差不大于4%，测量波片方位角时其误差不大于2%。     

倾斜安装的光管焦距标定方法研究

平行光管水平放置和倾斜安装时由于受力状态不同其光学参数会有较大差异,为了精准评价平行光管的焦距,根据平行光管焦面上的点与全站仪角度之间的映射关系,建立了倾斜安装条件下光管焦距与全站仪角度关系的精确数学模型,修正了全站仪垂直轴轴系转动时产生的原理性投影误差。使用全站仪采集了多组数据并进行了实验验证:修正畸变后由焦面目标与竖丝平行时的各测试点解算的焦距值分别为1980.03、1983.45、1982.79 mm,焦距平均值即真值为1982.09 mm。修正畸变但未修正投影误差的情况下由焦面目标与分划板横丝平行时的各测试点解算的焦距值分别为996.42、995.23、995.22 mm,焦距平均值相对误差为50.2%。修正投影误差和畸变后由焦面目标位于不同象限及与分划板横丝平行时的各测试点解算的焦距值极差为4.74 mm,焦距平均值为1982.69 mm,与真值差值为0.6 mm。测量结果的展伸不确定度与焦距真值的最大相对误差为0.36%,该值远小于GB/T 9917.1—2002 照相镜头中实测焦距对名义焦距的相对误差不超过±5%的规定。实验结果表明:该模型具有较高的解算精度,目标狭缝在分划板中的相位可以是随机值,对于倾斜安装条件下平行光管焦距的原位检测具有极大的工程应用价值。     

基于彩色数字全息的透镜焦距检测

为了实现对凹凸透镜焦距的精准测量,采用彩色数字全息方法进行理论分析和实验验证,取得了与标称值相差1%的数据结果。结果表明,采用数字全息干涉测量方法是可靠的,可以获得与用透镜标称值重构相同的效果。该研究对数字全息波前的重建有帮助。     

面型误差和失调量对同轴三反系统像质的影响

应用于对地观测的高分辨同轴三反式系统对光学装调有着严格的要求,光学元件的失调量和由装配应力导致的面型误差都会严重影响系统成像质量。该方法通过镜面受力分析和光学系统仿真指导系统装调,以某商业遥感卫星搭载的同轴三反式镜头装调过程为例,分析失调量和面型误差的像差特性。通过分析光学元件失调量和面型误差与系统像散、彗差以及球差的关系,并利用系统波像差的均方根（RMS）作为系统像质的评价标准,得出各个光学元件失调量和面型误差对系统成像质量的影响权重。根据计算结果进行针对性调校,使系统各视场的平均RMS值收敛为0.06以下。经过多台同类镜头装调结果验证,证明该方法切实有效,可缩短装调周期,提升装调精度。