基于导波型频率选择表面的多波束透射阵北大核心CSCD

本文提出了一种由两类导波型频率选择表面组成的多波束透射阵。首先基于导波型频率选择表面,设计了两个具有180°移相稳定的透射单元。在2.89-6.98GHz的频率范围内,透射幅度大于1dB,相位误差在±30°以内。然后,基于1比特数字编码理论,确定了在5GHz中心频率下30°波束偏转的相位分布。所设计的阵列大小为8λ0×8λ0×0.93λ0(其中λ0为5GHz下的自由空间波长),仿真结果表明,可在4.5GHz至6.5GHz范围内实现波束扫描,涵盖范围为20°至35°。     

中波红外宽波段多光谱成像光学系统设计

本文设计了一种基于滤光片的制冷型中波红外宽波段（2.7～5μm）多光谱双视场成像光学系统,可将不同波段的红外场景辐射透过相应的滤光片成像在红外制冷型探测器上。本系统将多个滤光片置于滤光轮上,并放置在探测器前,不仅能减小滤光片的有效口径,同时还兼容图像的非均匀校正功能。通过转动滤光轮,系统能够得到多个所需的图谱信息,通过差分技术可以更好地提取目标信息,提升灵敏度。该系统F数为4,焦距为70 mm/280 mm,MTF接近衍射极限,具有-50℃～80℃的主动消热差功能,满足应用要求。     

基于Forbes非球面的胶囊内窥镜光学系统设计

设计了一套WCE光学系统,对可见光波段成像。采用反远距的光学结构形式,共使用4片透镜,引入两个Forbes非球面来提高系统的整体性能,并做到仪器的小型化。系统视场角150°,相对孔径1/3,入瞳直径0.35 mm,总长8.3 mm。各视场的调制传递函数曲线在奈奎斯特频率143 lp/mm时均高于0.6,分辨率较高；各视场的点列图几乎都在艾里斑之内；彗差、像散、场曲、畸变、倍率色差等轴外像差也得到了很好的校正,成像质量较好,能够满足WCE光学系统的要求。     

可调偶次非球面液体透镜和变焦距光学系统的仿真研究

本文提出了一种结合电润湿效应和静电力共同作用的可调偶次非球面液体透镜,利用Comsol Multiphysics软件对非球面液体透镜进行仿真研究,四圆环电极产生的静电力可以灵活地调整液体透镜的面型。利用该液体透镜设计了变焦光学系统,采用Zemax软件获得优化校正像差的非球面方程。作为可调偶次非球面液体透镜的目标面型,调整电润湿电极和四圆环电极上的电压,仿真得到的非球面与目标非球面间的光程均方根误差小于λ14,满足Marechal判据。在26～30 mm焦距范围内,与环形电极电压为0 V的液体透镜系统相比,环形电极施加调节电压的可调偶次非球面液体透镜变焦距系统有良好的成像效果。     

基于光学塑料的激光制导武器光学系统研究

随着光学塑料成型技术的不断发展,光学塑料透镜在各类光学系统中得到了广泛的应用。光学塑料具有便于大批量生产,设计灵活性高,重量轻和耐冲击等特点。本文进一步研究了光学塑料的特性,并结合激光制导武器光学系统的特点,分析光学塑料应用的可行性。在以上分析的基础上针对特定的光学系统参数,完成基于非球面光学塑料的光学系统设计,并对系统的光斑成像质量进行了分析,满足系统的使用要求。最后,针对光学塑料对温度变化比较敏感的问题,利用LightTools软件完成对激光制导武器探测系统的建模,分析不同温度环境下系统输出的和差比幅值偏差和角度的偏差,进一步验证光学塑料为系统带来的影响,确定其在光学系统中的适用性。     

基于超表面的天线多波束偏转技术研究北大核心CSCD

5G移动通信对天线提出了多极化、多频段、多波束等更高的技术需求。超表面具有很强的电磁调控能力,利用这一特性可以实现天线多波束偏转。本文首先提出新型的基于行波激励网络的双波束偏转方法,利用超表面实现定向波束可控,设计了单频低副瓣高增益的双波束超表面天线。其次,提出基于多相位自由度理论的双频行波激励网络,结合双频超表面,设计了双频双波束偏转角可独立控制的超表面天线。在此基础上,提出基于正相位响应理论的稳定波束偏转角的方法,设计了具有稳定波束的±45°双极化超表面天线。与传统多波束方法相比,本方法省略了复杂的波束形成网络,设计简单、结构紧凑,而且能够实现双频、双极化等特性,可为新一代移动通信天线的研制提供技术思路。     

大型自由曲面离轴三反光学系统降敏设计(特邀)EI北大核心CSCD

离轴三反光学系统基于无孔径遮拦、可实现大视场等优势,结合自由度高、像差校正能力强的光学自由曲面,可以实现优异的光学性能。光学系统成像指标的不断提高促使反射式光学系统的口径和焦距不断增大,光学系统误差敏感度剧增,加工难度和装调敏感度也随之提高,耗费的时间和经济成本巨大。误差敏感度可以表征光学系统在失调后的敏感程度,误差敏感度低的光学系统公差精度要求宽松,在优化过程中控制误差敏感度可以实现像质与成本之间的最佳平衡。因此,降敏优化是光学系统设计过程中不可或缺的一环。文中提出的角度优化降敏设计方法和局部曲率控制降敏设计方法对一个焦距30000 mm、F数为15、视场角1°×1°的大型自由曲面离轴三反光学系统进行了降敏设计并进行对比,结果表明,在光学系统构型无显著差异的情况下,使用两种降敏设计方法降敏后的光学系统像差校正理论结果均表现优异,调制传递函数(MTF)均接近衍射极限,两种降敏设计方法均可以有效降低光学系统误差敏感度。对比发现,局部曲率控制降敏设计方法降敏效果更好。     

基于微分方程方法的高分辨率成像光学系统设计

采用当前方法设计的成像光学系统对目标进行成像时,存在成像质量低和系统分辨率低的问题。将微分方程应用在成像光学系统的设计中,提出基于微分方程方法的高分辨率成像光学系统设计方法。在成像光学系统设计原则的基础上对成像光学系统的主要参数进行设计,通过光学折反射定理和微分几何原理建立微分方程组,采用Ronge-Kutta方法对构建的微分方程进行数值求解,在XZ平面中得到自由曲面的轨迹,根据自由曲面的轨迹构造光学自由曲面,提高成像光学系统的分辨率,结合成像光学系统的主要参数完成高分辨率成像光学系统的设计。实验结果表明,所提方法的成像质量高、系统分辨率高。     

一种加载超表面结构的宽带天线设计北大核心CSCD

文中通过加载超表面(Metasurface,MTS)的方式设计了一款超表面的宽带微带天线,将传统的矩形辐射贴片替换成超表面结构,提高了微带天线的电性能。天线通过共面波导的阶梯型孔径馈电。超表面印刷在介质板顶面,而介质板底面为共面波导馈电电路,从而增加了超表面与底层馈电孔径之间的耦合。超表面和阶梯型的孔径共同作用,使天线获得了较宽的阻抗带宽。文中设计的天线结构简单,外形紧凑。该天线的-10 dB相对阻抗带宽约为56.4%(7~12.5 GHz),覆盖整个X波段,主辐射方向偏离法向30°。实验测试结果与仿真结果吻合较好,为军事领域中的侦查和探测以及超宽带短距离室内定位中的天线设计提供了思路。     

激光热灼枪准直镜头设计与非球面优化方法

为了满足激光武器对光束质量日益增长的需求,提出了一种光学准直系统的设计思路及非球面镜优化方法,并将该方法成功应用于一款激光热灼枪的镜头设计,使该枪可以在更远范围内获得更高质量的准直光束。首先在战技参数分析和光路计算的基础上得到初始结构,而后对其进行非球面优化,并基于ZEMAX对两次仿真结果做出对比分析,数值结果显示优化结构具有显著优势,其非球系数和曲率半径分别为0.584 mm和115.37 mm,光能利用率在使用GB 1316-88减反射膜的情况下可达99.92%。经过公差分析后加工出镜头并与枪体组合进行了木板烧蚀实验,实验与仿真结果吻合度良好,镜头性能的优越性证明了所提出设计及优化方法的可行性与合理性,也为其他领域的类似问题提供了一定的参考价值。     

用粒子群算法设计非球面准直透镜的方法

提出了一种用于LED准直照明的非球面透镜设计方法,该方法产生于对非球面几何光学特性分析和粒子群优化算法优越的寻优能力。用该方法设计了一个基于点光源准直的出光口径30 mm的非球面透镜,为了证明准直透镜的准直效果,用光线追迹方法模拟了准直透镜对于点光源的准直过程。模拟结果显示,点光源经准直透镜后出射光线的最大半视场角为0.004 60,0.8 mm0.8 mm LED光源经准直透镜后出射光线的最大半视场角为4.91,表明了粒子群算法用于非球面准直透镜设计的可行性和有效性。与现有的设计方法相比,该设计方法意义更直观,实施更简单。     

基于机器视觉的非球面双远心工业镜头设计

根据大尺寸零部件精密测量的需求,设计了一套基于机器视觉的非球面双远心工业镜头,有效地代替人眼进行检测。系统采用7片透镜组成的对称式结构,孔径光阑居正中;引入2个新型非球面提高成像质量,并最大程度的减小了系统体积,使系统总长为292 mm。在奈奎斯特频率为50 lp/mm时,调制传递函数MTF值均高于0.6,并进行公差分析,满足成像要求。系统工作距127.3 mm、入瞳直径300 mm、景深80 mm、最大畸变0.005%、远心度小于0.01°,实现了大口径、大景深、低畸变等设计要求,达到了双远心的目的。该系统可广泛应用于航空航天、轨道客车和汽车船舶领域的生产和检测等环节。     

ROF中基于单个光波长与LiNdO3调制器的多频光毫米波

实验研究了一种采用单个光载波和一个单臂LiNdO3调制器同时产生多个不同频率光毫米波的光无线通信(ROF)系统。在中心站,多路不同频率的射频(RF)信号与相应的基带数据信号进行混频,再用功率耦合器将它们耦合成一路信号,输出信号用于驱动单臂LiNdO3调制器进行载波抑制调制去产生多频率的光毫米波信号。经过光纤传输后,在基站,利用光滤波器将载有不同频率光毫米波的光频成分进行分离,之后再分别进入光电检测器(O/E)进行检测。实验结果显示,采用频率为10 GHz与20 GHz的RF信号源可以产生频率为20GHz与40 GHz的光毫米波,20 GHz的毫米波携带2.5 Gb/s的下行基带数据信号在单模光纤中可以传输40km以上,因此这种方案是有效和可行的。     

液晶在光隔离技术中的应用研究

利用手性液晶的Bragg选择反射特性,理论分析了液晶在光隔离技术中的应用可能性.实验结果证实,液晶光隔离器对单色光具有较好的光隔离特性(光隔离度＝13dB)和较高的正向透过率(插入损耗＝1dB),在大口径光隔离器的制造上具有重要的应用价值.     

光码分多址多用户系统实验及性能分析

报道采用光码分多分址(OCDMA)技术实现了3用户通信的实验,传输速率为2.5 Gchip/s,传输距离为20 km.给出了OCDMA系统基本参数设计方法,搭建并实现了OCDMA实验,通过设计实验系统与得到的实验结果作了详细的分析,结果表明,我们成功实现了3用户传输2.5 Gchip/s的OCDMA通信实验,并验证了多用户干扰是OCDMA系统下降的主要噪声源.     

基于VCSEL的光发射模块的研究与设计

概述了近年来发展迅速的以垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为发光器件的发射模块的结构，以及半导体激光器的特性。在了解了半导体激光器驱动电路的基本功能和设计要求后，重点介绍采用美国MAXIM公司生产的VCSEL驱动器MAX3740来设计基于VCSEL的光发射模块。     

光通信中基于有限域加群的一种QC-LDPC码

针对光通信系统传输特性要求的日益提高,基于有限域GF(q)加群提出了一种构造简单且适合光通信系统的新颖准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码构造方法,该构造方法可灵活的调整码长、码率且其编译码复杂度低。用此方法构造了适用于光通信系统的规则QC-LDPC(4599,4307)码。仿真结果表明,在BER=10-7时且码率均为93.7%的情况下,所构造的QC-LDPC(4599,4307)码的净编码器增益(NCG)比已广泛应用于光通信系统中的经典RS(255,239)码提高了约2.2dB,比用SCG构造方法构造的SCG-LDPC(3969,3720)码和非规则的QC-LDPC(3843,3603)码的NCG分别提高了约0.47dB和0.25dB,距离香农限约1dB。因而其纠错性能更强,更适用于高速长距离光通信系统。     

光通信中基于BIBD与循环矩阵分解的QC-LDPC码新颖构造方法

为了满足光通信系统中对纠错码高码率、低误码率(EBR)的要求,基于平衡不完全区组设计(BIBD)和循环矩阵分解,提出一种构造简单的新颖准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码构造方法,并构造了适用于光通信系统的规则BIBDdes-QC-LDPC(6736,6316)码。仿真结果表明,在BER=10-6时其码率均为93.7%的情况下,所构造的BIBDdes-QC-LDPC(6736,6316)码的净编码增益(NCG)比已广泛应用于光通信系统中的经典RS(255,239)码改善了约2.2dB,并且比只基于BIBD所构造的同码率同码长的规则BIBD-QC-LDPC(6736,6315)和基于伽罗华域(GF)乘群所构造的同码率的非规则QC-LDPC(3843,3603)码都分别改善了约0.2dB。因而,运用本文方法构造的QC-LDPC码型的纠错性能更强,更适用于高速长距离光通信系统。并且,本文方法还具有BIBD构造方法的优点,可灵活地调整码率码长。