重构Zernike多项式在微透镜测量中的应用

为了正确的评价微光学透镜的质量,在哈特曼波前传感器测量原理的基础上,提出了基于Gram-Schmidt正交化方法,搭建了哈特曼传感器测量微透镜实验装置,进行了微透镜的实际测量,对获得参考透镜和被测透镜的波面数据进行了处理分析.实验结果表明：利用对Zernike多项式重构波前信息,得到了被测微透镜的波前及像差参数.     

夏克-哈特曼波前传感器光斑质心探测方法比较与分析

夏克-哈特曼（简称哈特曼）波前传感器被广泛应用于光学测量、激光大气传输、医学等领域。由于哈特曼波前传感器是根据光斑质心的偏移量来重构畸变波前,因此,哈特曼阵列光斑质心的探测精度直接影响了波前重构的精度。本文从哈特曼波前传感器的测量原理着手,对几种阈值法质心探测技术及窗口法质心探测技术进行了比较和分析,得到了质心计算误差均在0.1pixel左右,可在实际不同应用时选择不同的质心探测方法。     

基于微透镜阵列的重金属离子阵列传感器研究

研制了一种基于微透镜阵列的光寻址电位阵列传感器,用以实现同一溶液中多种重金属离子的同时检测.采用脉冲激光沉积（PLD）技术在LAPS上制备Cu2+、Cr6+、Pb2+、Fe3+4种重金属离子的敏感薄膜,并利用微透镜阵列把单束激光转化成激光点阵作为LAPS阵列的光源,从而得到4×4的重金属离子敏感LAPS阵列,实现了对这4种重金属离子的检测.实验结果表明,LAPS阵列传感器能够同时检测浓度为10-5~10-3 mol/L的以上4种金属离子混合溶液.     

球面基底上制作微柱面透镜工艺研究

针对目前在球面基底上制作微透镜阵列工艺复杂,制作成本昂贵等问题,介绍了一种激光直写光刻和光刻胶热熔成型相结合的新的加工技术。为此改造了球面刻划机,搭建了405nm激光曝光光源系统,同时建立三维坐标体系,实现微透镜阵列在球面空间位置的定位。在理论分析和合理设计的基础上,使用BP212正性光刻胶在口径50mm,曲率半径60mm的球面基底上制作出线宽为50μm,矢高为2μm,切面曲率半径约为157μm的微柱面透镜阵列,并给出了测试结果。结果表明：在球面基底曲率半径一定时,通过阶梯升温光刻胶和对其快速冷却等微细加工方法,克服了光刻胶熔融状态时的流动性问题,证明此种加工方法对球面微透镜阵列的制作具有很好的可行性。     

脉冲激光作用下光船所受推力的测试

建立了一套压电传感器瞬态推力的测试系统,介绍了测试系统的组成及测试原理。为消除实验环境的各种干扰,简化误差分析和数据处理过程,进行了测试系统的现场标定。给出了标定系统的原理和结构,并对实验测试结果和数据进行了处理分析。结果表明:激光支持的爆轰波作用于抛物型光船所产生的推力作用时间在100μs量级,峰值推力在100N量级,对于激光推进冲量耦合系数的计算,具有重要参考价值。     

旋转角度装配误差对成像质量影响的定量分析

定量分析了集成成像系统中显示面板与重构微透镜阵列之间的旋转角度装配误差对重构图像质量的影响．首先,根据集成成像的原理,利用几何光学和光线追迹理论,考虑光轴平移和像素信息错位,建立了旋转角度装配误差理论模型;然后,基于上述理论模型对旋转角度装配误差导致的集成成像系统质量降质进行仿真;最后,引入峰值信噪比,定量分析了旋转角度装配误差对重构图像质量的影响程度,并给出不同微透镜尺寸、显示面板与微透镜阵列的距离等参数下满足观察者观测容忍度对应的旋转角度误差极限．     

串联组合型微气泡发生系统的在线测试评价研究

微气泡的质量决定了其在水质工程、矿物浮选工艺等领域中的应用效果,因此在投入使用前应对其粒径分布进行测试评价。借助美国Microtrac公司S3500型激光粒度仪,对国内某公司研制的"微孔管剪切+旋流筛分"组合微气泡发生系统成功实施了激光散射在线测试评价研究。测试结果表明:该系统所产生微气泡粒径集中在50~100μm之间;对基于微孔介质的微气泡产生技术而言,微孔管选择较小孔径的材料有利于得到高质量的微气泡;筛分过程能够有效去除大气泡,进而影响实际输出气泡的整体平均粒径。     

微图像阵列参数不匹配对集成成像3D显示的影响

集成成像具有裸眼观看、无立体观看视疲劳、全真再现等优点,是目前主流的一种裸眼3D显示技术。在集成成像3D显示器研制过程中,由于微图像阵列尺寸不等于显示器像素的整数倍,将产生微图像阵列尺寸的缩放,同时由于集成成像3D显示器装配误差或微透镜阵列制作工艺精度不够等问题,将使得微图像阵列相对于微透镜阵列产生一定程度的平移。针对微图像阵列尺寸缩放和平移对集成成像重建的3D图像在图像深度和3D观看视角方面的影响问题,本文基于几何光学原理,采用集成成像图像重建技术和视角分析方法,分别分析微图像阵列尺寸缩放和平移时重建3D图像的深度以及3D观看视角的变化情况。通过计算机模拟仿真实验和实际的光学再现实验对理论分析进行了验证。仿真实验结果表明,3D图像深度随着微图像阵列尺寸的放大而增大,反之则减小;光学再现实验结果表明,3D观看视角随着微图像阵列尺寸的放大而增大,反之则减小,微图像阵列平移对3D观看视角产生了一定的平移,而对3D观看视角大小的影响甚微。根据仿真实验和光学再现实验结果,得出结论,微图像阵列缩放将引起3D图像深度畸变和3D观看视角的改变,而微图像阵列平移对集成成像3D显示的影响较小。该研究结果将为集成成像3D显示器的研制和优化起到实际的指导作用。     

红外空心传能光纤聚焦系统的设计与优化

为了进一步提高光纤传输激光的效率,通过改善中红外光纤输出激光时的光斑及发散角的大小设计了双透镜和两种三透镜光学聚焦系统,并得到相应的光斑图形。运用MATLAB软件对实测的光斑进行模拟计算,得到了光斑的强度分布图,通过分析计算不同聚焦系统中的不同位置处光斑的大小,计算并得到了光束发散角。实验结果表明,3种方案中凸凹凸三透镜聚焦系统效果最佳,输出的光斑直径为0.33mm,光束的发散角为0.42°,提高了耦合效率,降低了传输能量的损耗。     

柱面微透镜阵列用于提高OLED图像质量的研究

微透镜阵列用于OLED是改善其输出效率和图像质量的一种有效技术途径。本文将薄膜柱面微透镜阵列用于全彩色OLED平板显示器,研究视角与亮度和色坐标的关系,重点分析了微透镜阵列相对于子像素在不同排列形式下对图像质量指数的影响。研究结果表明,柱面微透镜阵列在提高OLED输出效率的同时,可以明显改善显示器图像的质量,并且,垂直排列时图像质量指数达到了0.8637,优于平行排列时的情况。     

空间激光通信系统中大气湍流的自适应补偿方法

阐述了如何将自适应光学技术应用于空间激光通信系统工程中,以补偿大气湍流效应对激光束传输的影响.自适应光学的核心内容是实时校正光束波前畸变,以提高光学系统的成像质量,在光波质量方面,进一步的目标是要提高到接近衍射极限的水平,主要由波前探测、波前控制和波前校正三部分组成.本文还具体分析了自适应光学系统中时间带宽与空间带宽的匹配问题.空间激光通信系统和自适应光学系统都是非常复杂的系统工程.若将自适应光学技术有效地应用于空间激光通信系统.必然会使空间激光通信技术的发展迈上新的台阶.     

到靶激光辐照氧化铝的温度分布特性研究

在激光的传播过程中,由于受到传输环境影响,可能导致到靶激光的波前畸变和波前破碎等现象,致使实际的到靶光斑产生时空分布的变化。利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了毫秒脉冲激光与氧化铝相互作用的数值仿真模型,对比分析了氧化铝分别在实际到靶激光和理想高斯激光作用下的温度分布差异。研究表明,由于实际到靶激光与理想高斯激光能量梯度差距较大,使得在与氧化铝相互作用时产生的温度分布也表现出明显差异,在分析实际到靶激光时,实际到靶激光的能量梯度越大,其产生的温度场与其能量空间分布差异也更明显。因此,在实际应用中,不能单纯的把入射激光都理想化为标准光斑。研究结果在提高长距离传输的激光加工质量的应用方面具有指导意义。     

半导体激光列阵慢轴准直和聚焦特性

采用2块柱面透镜组成的望远镜系统对一个输出功率300 W的大功率半导体激光堆栈慢轴进行准直和聚焦,此堆栈由5个输出功率为60 W的列阵堆叠组成,中心波长808 nm.测量了由不同焦距的柱面透镜组合的光路聚焦后的腰斑直径,比较了柱面透镜的面型参数对腰斑直径的影响.使用Zemax软件模拟了光路,分析了系统的像差.在准直镜焦距f₁=200 mm,聚焦镜焦距f₂=100 mm时,光斑功率密度为3.05 kW/cm².在316L不锈钢的辐照实验中,材料表面出现蒸发沟槽,熔化区深宽比约为0.5.     

基于波前修正的大尺寸测量图像恢复技术研究

针对现场大尺寸测量难以避免的空气扰动问题,提出了一种采用波前修正的图像恢复方法对经靶镜反射后的畸变激光光斑进行复原,对微米级精密测距、准直的测量结果修正,以提高现场大尺寸测量精度的方法.实验证明:该方法能有效的解决由于大气扰动而产生的图像抖动、变形等问题,从而使测量精度提高,有效测量距离增大.     

基于遗传算法的闭环自适应光学系统

介绍了一种基于基因算法的闭环自适应控制光学系统。这个光学系统由变形镜、计算机、半透半反镜、波前传感器和高压驱动器组成。通过基因算法调整变形镜37个独立电极的电压,可以改变变形镜的表面形状,从而补偿激光光束的畸变。经测量,这种自适应光学方法能够导致激光光束的平均斯特列尔比有80％的改善。     

集成成像技术的像质评价分析

为了研究集成成像非共轭面的成像质量,根据光线追迹原理分析透镜阵列的成像过程,指出三维成像原理并给出不同离焦量下的轴截面成像分辨率;从波动光学角度分析包含离焦波像差的透镜阵列光学传递(OTF),得到集成成像系统的非共轭面调制传递函数(MTF)并指出与单透镜共轭面成像的联系.根据非共轭面分辨率给出符合视觉要求的显示深度计算方法.采用投影仪与菲涅尔透镜搭建显示面积为100×750 mm2的集成成像显示系统,实验结果表明,集成成像轴截面成像分辨率在离焦量增大的情况下迅速下降,非共轭面像质是制约集成成像显示效果的重要因素之一.     

大气信道无线激光通信系统设计方法研究

大气信道是制约无线激光通信链路性能提高的一个重要约束条件。为了提升通信系统性能,使其能适应远距离、高速率、低误码率的传输需求,在进行系统级设计时根据大气信道激光传输特性进行总体设计与分析是十分必要的。首先对大气激光传输特性展开研究,在实验的基础上对大气湍流、大气衰减效应进行了分析;然后从大气信道约束的角度出发,分析了大气信道中光端机的光学发射天线、光学接收天线、通信系统、瞄准跟踪等子系统的设计方法以及相应的设计参数和优化方法;最后给出了一套大气信道无线激光通信系统的总体设计实例。     

大气湍流效应对激光传输影响的仿真研究

针对大气湍流效应对半导体激光光束远场光束质量的影响进行仿真研究。首先理论分析泽尼克多项式产生的相位屏及指数高斯光束通过湍流大气传输后的光斑畸变情况;然后利用Matlab软件对相位屏及单束、多束半导体激光光束通过相位屏后的光斑光强分布进行仿真,并采用不均匀度指标对远场光束质量进行评价;最后指出多光束并合方法是抑制大气湍流效应影响的有效方法,对构建激光主动照明成像系统具有指导意义。