光学元件表面疵病标准板系统设计

为解决大口径光学元件表面疵病检测设备的精确测量、校准和溯源问题。设计了用于标定表面疵病检测系统的标准板,通过电子束曝光将定标图案转移至掩模板,再采用反应离子束刻蚀的方法制作标准板。通过扫描电镜测量标准板上各标准线的真实线宽尺寸,并以扫描电镜测量结果为参考值标定大口径表面疵病检测系统。利用所设计的标准板标定基于散射成像法的大口径表面疵病检测系统。结果表明,当疵病线宽尺寸大于45 μm时,疵病的散射像满足几何成像原理,当疵病宽度尺寸小于45 μm时,需按标定结果进行计算。     

基于无线传感器的光学元件表面疵病检测

受光照影响现有方法得到的光学元件表面疵病检测结果偏差较大,并且检测耗时较长,为提高光学元件检测精度,提出基于无线传感器的光学元件表面疵病检测方法。对光学元件表面疵病特征进行提取,根据提取结果采用极差变换法对受光照散射影响产生的分散数据进行变换,划分数据子集,并计算表面疵病面积。在此基础上,基于无线传感器网络构建疵病定位模型,缩小检测范围,提高检测效率,从而实现对光学元件表面疵病的检测。实验结果表明,该方法在光照条件下能够准确检测出光学元件的表面划痕,检测结果准确性较高,且耗时较短,说明该方法的检测结果具有可靠性。     

光学元件质量对红外光学系统信噪比的影响

基于米氏散射理论,建立了光学元件基板不同疵病等级光学元件的散射模型,进而定量分析了元件表面存在粒子污染时的基板缺陷复制引起的表面散射特性。在此基础上,以R-C光学系统为例,利用ASAP（Advanced System Analysis Program）光学分析软件,针对主镜表面存在粒子污染的情况,仿真计算和分析系统主镜基板不同疵病等级的杂散辐射特性,并根据信噪比的计算方法,对系统信噪比进行了计算和分析。结果表明:当天空背景辐射温度不变时,随着主镜基板疵病等级的增加,系统信噪比明显减小。当主镜基板疵病等级不变时,随着天空背景辐射温度的升高,主镜基板不同疵病等级对信噪比的影响逐渐减小。当天空背景温度为200 K时,对于主镜表面粒子污染为300等级（粒子表面覆盖率为0.03%）,且其基板疵病等级分别为I-10、I-20、I-30、Ⅱ和Ⅲ五种情况,计算得到系统相对信噪比（相对于理想主镜）分别为0.932、0.920、0.906、0.832和0.807。由此可见,当元件光学特性变差时,为保证微弱信号的有效探测,必须将疵病等级严格控制在Ⅱ级以内。     

元件缺陷对红外光学系统杂散辐射特性的影响

针对红外光学系统元件表面缺陷问题，基于米氏散射理论定量分析了不同疵病等级光学元件表面散射特性，讨论了光学元件表面双向散射分布函数（BSDF）的变化规律，进而建立光学元件不同疵病等级的散射模型。在此基础上，以双子望远镜系统为例，利用ASAP光学分析软件对其主镜在不同疵病等级的情况下，到达探测器像面上的系统自身热辐射通量及其分布进行了仿真计算，并根据有效发射率的定义，对系统杂散辐射性能进行了定量评价。研究分析发现:光学元件不同疵病等级不仅会造成系统杂散辐射特性及其在探测器像面上的辐射通量分布发生变化，而且还会导致其有效发射率发生变化。对主镜疵病等级分别为0、I-10、I-20、I-30、II和 III的情况，计算得到系统有效发射率分别为2.19%、2.34%、2.46%、2.59%、2.72%和3.08%。由此可见，随着疵病等级的增加，系统杂散辐射性能逐渐降低。实际工作中，必须严格控制光学元件表面疵病等级。     

光学元件表面疵病检测扫描拼接的误差分析

为实现大口径光学元件表面疵病的高效率、高精准的检测,本文提出一种能分辨微米级疵病的光学显微散射扫描成像检测系统,因为该检测系统单个子孔径的物方视场为毫米级,所以检测大口径光学元件需对X、Y方向进行子孔径扫描成像并将子孔径图拼接成同一坐标系下的全孔径图.在进行扫描时,系统的机构误差会被引入到子孔径列阵中,导致子孔径拼接处产生像素错位,甚至造成拼接断裂的情况,从而严重影响疵病等级及位置的正确评定.鉴于此,本文对影响全孔径拼接最敏感的误差因素进行了分析,并根据其特点找到合理减小误差的方法,确保子孔径的正确拼接.     

高反镜表面疵病尺寸对激光散射场分布的影响

应用于激光陀螺的高反镜在加工安装过程中不可避免地会引入疵病,从而对入射光产生调制作用,引发光散射.为了研究划痕状疵病尺寸发生变化时散射场的变化规律,采用有限元法和多物理场仿真软件建立了高反镜表面截面形状为矩形的单划痕疵病散射模型.通过改变疵病的宽度、深度,分析激光散射场的空间分布变化;用搭建的积分散射测量系统检测不同宽...     

光学元件表面疵病检测扫描拼接的误差分析

为实现大口径光学元件表面疵病的高效率、高精准的检测,本文提出一种能分辨微米级疵病的光学显微散射扫描成像检测系统,因为该检测系统单个子孔径的物方视场为毫米级,所以检测大口径光学元件需对X、Y方向进行子孔径扫描成像并将子孔径图拼接成同一坐标系下的全孔径图。在进行扫描时,系统的机构误差会被引入到子孔径列阵中,导致子孔径拼接处产生像素错位,甚至造成拼接断裂的情况,从而严重影响疵病等级及位置的正确评定。鉴于此,本文对影响全孔径拼接最敏感的误差因素进行了分析,并根据其特点找到合理减小误差的方法,确保子孔径的正确拼接。     

基于光谱估计与多光谱技术的光学元件表面疵病检测

为实现精密光学元件表面疵病的高效测量和精确统计,提出了一种基于光谱估计和多光谱技术的光学元件表面疵病检测方法。该方法利用光谱估计提取白光图像中不同波长的单光谱疵病图像,并合成多光谱疵病图像,然后采用优化后的OTSU(Otsu Image Segmentation Algorithm)分别对单光谱与多光谱疵病图像进行分析。基于该方法搭建了光学元件表面疵病检测装置,获得了白光照明条件下光学元件表面疵病的图像。实验结果表明,与原始白光图像相比,合成多光谱图像的疵病检出数量提升了1.85倍,疵病检出面积最大增加了6.0倍,检测效率得到明显提高。根据光学元件表面疵病的特性选取不同波长组合来生成单光谱与多光谱图像,可更加高效精确地检测出传统检测技术不易检出的疵病信息。     

不同波长的光源对疵病散射率的影响研究

基于积分散射检测的原理设计了一种多波长疵病检测系统,选用了635 nm、525 nm及405 nm三种光源,以光电倍增管作为光电探测器,待测样品是两个刻有标准尺寸疵病的高透石英玻璃片,其中一个的宽度和深度均为20μm,另一个均为25μm,光源的功率分别为50 mW、80 mW。实验结果表明,405 nm所对应的散射率数值明显最高,即405 nm的光源疵病检测能力更强。该研究对于小尺寸疵病的检测及获取疵病的深度信息,具有很好的借鉴意义。     

基于稀疏矩阵的光学元件表面疵病检测

提出了一种基于稀疏矩阵的表面疵病快速拼接方法。该方法采用环形白光光源均匀地照射到被测元件表面,光经显微散射暗场成像系统后形成暗背景下的亮疵病图像。通过对光学元件的x,y方向进行扫描,得到子孔径拼接图像。基于稀疏矩阵和图像拼接,对子孔径图像进行快速拼接,得到全孔径疵病图像。基于最小外接矩形原理,对图像疵病进行识别和分类,最终得到7个光学元件表面疵病划痕,其最大长、宽分别为15.2110 mm和0.0297 mm;麻点有5个,其最大长、宽分别为0.1089 mm和0.0967 mm。将测量得到的划痕宽度与标准划痕宽度进行对比,得到划痕宽度的相对误差范围为-5.00%～5.50%。在此基础上,对实际的光学表面进行检测,得到光学元件表面疵病信息。     

生物细胞亚类识别多维光学传感光路优化设计

针对生物细胞原位检测和提高分类精度这一研究热点,以白细胞为主要研究对象,利用细胞光散射识别方法,根据细胞各方向散射光的特点,设计了一种多维光学传感系统,即是通过该光学系统可以检测细胞前向大小角,侧向偏振动,以及后向散射光。其中对各向光路系统构成和各个元件参数进行了优化设计,使系统的分辨率在80lp/mm时,MTF值不低...     

水中颗粒物大角度范围体散射函数测量方法

针对现有体散射测量系统中激光器与探测器相互遮挡导致探测角度减小的问题,设计了一款新型的水中颗粒物的体散射函数测量系统。首先,通过双潜望式光路结构,将激光发生平面与散射探测平面分离,减小了激光器对探测角度的遮挡;同时,通过潜望式出射棱镜将透射光导出水体,避免了容器的杯壁散射,提高背散射测量的准确性。根据实际工艺,改进出射棱镜,设计系统样机,实现了3°~178°大角度范围体散射函数的测量。结合系统结构与水下光传输原理,根据数据矫正算法,矫正由于测量光程及水体衰减造成的偏差。对比矫正后结果与米散射仿真结果,证明方法的可靠性。     

组合锥型光纤SERS探针的理论设计与优化

对组合锥型光纤表面增强拉曼（SERS）探针的结构参数进行了设计与优化。通过建立描述消逝波激发组合锥光纤探针表面纳米颗粒的激发光衰减系数模型,结合激发光经渐变锥段的全反射传输、探针平直段与激发光纤间的模式匹配原理,给出了组合锥型光纤SERS探针的结构参数设计与优化方法。利用该设计与优化方法,在给定的光纤和纳米颗粒结构以及周围环境和激发光功率下,进行了光纤SERS探针结构参数的模拟设计。     

基于激光散射原理的表面粗糙度测量方法研究

文章基于Beckmann散射模型,提出一种表面粗糙度的在线测量方法。以半导体激光器为光源构成远心光路,通过线阵CCD记录粗糙物体表面的散射光场。计算机分析处理得到表面粗糙度特征值Sn,在较大的范围内表面粗糙度Ra和Sn有很好的对应关系。该测量方法结构简单、精度高、速度快,可以对不同加工方法的工件表面粗糙度实现非接触实时检测,在工件的在线检测方面有很好的发展前景。     

基于高频微波技术的分布式光纤传感器布里渊散射信号检测

分析了布里渊分布式光纤传感技术原理,采用自行研制的光纤单纵模分布反馈(DFB)激光器结合电光调制技术,利用相干检测技术,对布里渊微弱后向散射信号进行检测。通过改进滤波放大技术,对微弱后向散射光信号进行有效放大,再用扰偏技术及信号采样平均处理,实现对光纤传感器后向布里渊散射信号在11 GHz高频段直接采集显示。结果表明,探测所得布里渊散射信号峰值功率可达50 mV,能有效降低解调系统信号检测难度,改善了系统信噪比(SNR)。初步实验结果证明了该方案的可行性。     

光盘信息坑散射光强的测量

波导多层存储是一种三维光存储技术，如何对光盘信息坑散射光强的测量是其须解决的关键技术之一。本文介绍了利用光学共轭技术测量光盘单个信息坑散射光强的实验原理，给出了采用光电倍增管测量光盘信息坑散射光强的实验结果。结果表明，利用该装置可以检测光盘有无信息坑时散射光强的变化，实现对信息坑散射光强及信息坑的测量，测出信息坑的大小与理论值一致。     

海面上舰船目标的紫外散射特性研究

基于粗糙面双向反射分布函数(BRDF)模型,考虑海面的影响,设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,讨论分析了海面上舰船目标对海天背景紫外辐射的散射特性.运用大气传输软件MODTRAN,计算了0.3～0.4μm波段太阳、天空背景的紫外辐射特性;根据粗糙面散射理论,分别对海面和目标表面进行BRDF建模,并讨论了面元的光散射特性;设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,并利用此流程计算分析了某舰船模型的紫外光散射亮度.结果显示探测时间、探测方位、舰船表面蒙皮材料、舰船形状、海面散射等因素,都对舰船目标的紫外光散射特性产生影响,为完善舰船目标紫外辐射特性数据库提供有效依据.     

基于3D定位的光纤棒内部缺陷检测方法

为检测和定位光纤预制棒的内部缺陷并提高精度,提出一种光线追踪实现3D精确定位的线激光旋转扫描检测方法.利用光散射原理和暗场成像技术,成像设备采集光纤棒每个旋转角纵截面上缺陷的散射光;原始图像经过图像预处理和图像分割获取缺陷的二维信息;基于折射定律和光线追踪建立缺陷的精确定位模型,消除光纤棒表面折射带来的成像位置偏差;最...     

海天背景红外成像仿真系统

设计了海天背景红外成像仿真系统:利用大气传输软件Modtran计算天空背景和太阳的红外辐射;基于JONSWAP海谱模型构建二维海面;基于热辐射理论和粗糙面散射理论分别计算海面和目标的红外辐射及对背景辐射的散射;最终可获得海天背景红外仿真图像.对于海天背景辐射特性和目标识别算法研究具有重要实际意义.     

基于脉冲光的布里渊散射阈值分析

针对连续分布式布里渊光纤传感器的传感特性与阈值问题,根据光纤中泵浦光与斯托克斯光之间耦合波方程,推导出布里渊散射阈值的关系式,通过计算分析该关系式与入射光的脉冲宽度、光纤半径和温度的关系,提出了基于脉冲光布里渊散射的阈值理论估算模型。在实验中,利用布里渊光时域反射仪系统,得出了脉冲光布里渊阈值特性,并与理论模型的结果进行对比分析,实验证明了该脉冲光阈值模型的结果与实验得到的布里渊阈值能够较好的吻合。