一种折反式激光半主动导引头光学系统

介绍了激光半主动导引头及其光学系统的结构和特点.依据半主动激光导引头的总体指标要求,分析、计算了折反式激光导引头光学系统的关键参数.进行了光学系统的结构选型,分析了激光导引头光学系统的像差和光斑要求,进行了光学系统设计.仿真结果表明,整个线性视场范围内,折反式激光导引头光学系统光斑直径稳定无变化,能量分布均匀一致;瞬时...     

激光半主动导引头光学系统设计

激光制导导引头是当今最常用的制导装置,本文设计的激光半主动制导导引头由光学接收系统和一个四象限探测器组成。本文对四象限探测器的工作原理进行了分析介绍。结合激光器的发射功率、作用距离与四象限探测器的参数,对导引头光学系统参数进行了计算与分析,得到了系统入瞳的最小尺寸。应用ZEMAX软件对激光半主动导引头的光学系统进行了优化设计,并通过包围圆能量曲线、光斑均匀性等对光斑质量进行了评价。使用MATLAB软件对能量曲线进行拟合,根据拟合曲线对光斑的能量分布进行评价。     

激光半主动导引头光学系统设计与分析

激光半主动导引头作为一种精确制导的方式,已经在实战中得到广泛的应用。导引头通过对探测器上获取的激光信号进行数据处理以获取目标的位置信息,因此导引头获取激光光斑的能力将会直接影响导引头跟踪目标的性能。本文基于单四象限探测器的工作原理,根据导引头的设计指标,对光学系统的焦距及获取光斑的大小进行分析,应用ZEMAX软件对光学系统进行设计和优化。并从光斑大小、系统畸变和光斑能量分布均匀性等角度对光学系统的性能进行评价。根据评价结果可知该光学系统满足设计要求,获取的光斑质量较好。     

双谱段共孔径光学镜头设计与验证

为实现自主制导、目标定位、跟踪搜索等复合制导功能,提出了一种可实现红外与激光双谱段共孔径一体化的小型光学镜头设计方案,采用透射式光学系统,光路中设置了一个楔角分光片,既实现了双谱段分光,又有效矫正了45°倾斜放置的平板带来的系统像差。设计结果如下：红外通道全视场平均调制传递函数(MTF)优于0.45(30 lp/mm)、激光通道±1.5°线性区弥散斑直径4.88～5.03 mm,能量分布均匀,满足指标要求。最终采用高精度光学定心调整与三坐标精确测量相结合的方法完成了该镜头的装调,红外通道全视场平均MTF优于0.38,激光通道弥散斑形状对称、线性区内能量分布均匀,满足使用要求,镜头效果良好。     

基于自准直原理的小视场镜头波像差测试系统

为实现对小视场光学镜头波像差的快速、高精度检测,将自准直原理与斐索型激光球面干涉仪检测波像差原理结合起来,提出一种基于自准直原理的光学镜头波像差检测系统。介绍了斐索型激光球面干涉仪检测波像差的工作原理,并详细论述了基于自准直原理的波像差检测系统的装调及检测方法。结合自准直光路的特点,实现对干涉仪光轴、被测光学镜头光轴以及高精度平面反射镜光轴的精确定轴,从而实现了系统光路的快速装调。实验证明,此系统可有效解决小视场光学镜头在波像差检测过程中的光轴偏斜问题,实现小视场光学镜头波像差快速、准确的检测。     

激光测角装置光学系统设计与验证

首先对激光测角原理进行了分析介绍，结合激光测角装置大瞬时视场、大线性区范围和高测角精度的要求，通过研究和分析激光测角装置光学系统像差控制方法，针对特定激光测角装置光学设计要求，通过对光学系统设计参数的分解，利用光学设计软件设计了一套激光测角装置光学系统，针对设计结果提出全面的设计结果评价方法，分别对光斑直径、光斑圆规则度、畸变、能量分布均匀性等设计结果参数进行评价，并利用设计的验证方法对测角范围、线性区范围和测角精度进行仿真验证，仿真验证结果表明设计光学系统测角范围可达±18°,线性区范围可达±7°,测角精度小于3 mrad,满足测角装置对测角范围、线性区范围和测角精度的要求。     

激光光斑重心测试精度理论分析

为了分析激光光斑监测系统在测试激光光斑重心时的测试精度,着重从大气传输,光学系统的像差,近红外CCD光敏面元的大小以及测量的相对位置等几个方面进行了探讨,并给出分析数据,为该系统的进一步优化提供了理论参考。     

全向激光告警系统中激光光斑精确定位方法

在成像型全向激光告警系统中,大视场探测与精确定向构成一对矛盾.为提高全向激光告警的定向精度,需要对激光光斑进行亚像素级的精确定位.在分析了鱼眼镜头大视场聚焦探测像差引起的光斑非对称性,并且信息量不足,不易于实现亚像素激光中心定位的基础上,提出通过镜头离焦的成像方式探测激光,使得激光在成像面上形成一定大小的弥散圆形光斑.在面阵探测器获取光斑采样像素点的基础上,通过双三次B样条插值曲面重建圆形光斑.并提取一定灰度值的光斑圆周插值点,作为圆形光斑边缘.通过快速Hough算法计算圆心,从而实现光斑中心的亚像素精度定位.通过实验对比验证,说明该方法可有效地提高激光光斑中心定位精度.     

基于透镜阵列的眼科准分子激光光束整形与匀光系统

为提高屈光手术中准分子激光的能量利用率和光斑均匀性,设计了一套由双排透镜阵列和会聚透镜组成的准分子激光光束整形与匀光系统。借助近轴光学计算发现,通过调节双排透镜阵列的间距可以改变聚焦光斑的尺寸,通过调节透镜阵列与会聚透镜之间的距离可以改变光学系统的整体长度而不影响聚焦光斑的形态。利用光线追迹方法对该系统进行了模拟分析,在会聚透镜像方焦平面上获得了呈均匀分布的方形聚焦光斑,并给出了聚焦光斑尺寸随双排阵列透镜间距的变化过程。分析了接收面离焦对光斑尺寸和能量分布产生的影响,指出所设计的光束整形与匀光系统可以满足准分子激光屈光手术对激光光斑质量的要求。     

激光导引头对目标测角精度的研究

激光探测器精确测量目标的方位角是导引头导向目标的必要条件,当前缺乏对该精度的理论研究,因此针对激光导引头的测角精度进行了研究.首先建立了制导激光的大气传输模型,并验证了导引头激光探测器接收到的制导信号光斑为均匀光斑;而后基于激光探测器检测目标方位角的基本原理,推导了目标方位角检测精度与光斑半径、光斑中心位置和信噪比的关系;最后通过仿真分析了不同因素对目标方位角检测精度的影响.结果表明:减小光斑半径、缩短光斑质心到光敏面中心的距离、增大探测器光学系统焦距、提高信噪比,均可以提高导引头对目标的测角精度.     

小型大瞬时视场光学探测系统优化设计

基于小口径和瞬时大视场激光制导武器平台的要求,提出了一种小型捷联折射式离焦光学探测系统方案。该方案根据捷联式激光半主动目标探测模型和理想离焦光学系统模型得到激光制导理想光学系统参数,并以此参数为基础,使用ZEMAX软件进行优化,设计了工作波长为1 064 nm的离焦光学探测系统。该系统临界有效探测半视场为5.89,临界探测半视场为13,长径比为1.27,较好地解决了整流罩引入的像差问题,并且光斑重心位置与目标位置偏差角存在线性关系。验证实验结果表明该离焦光学探测系统误差小于0.15,满足大视场下目标位置偏差角探测的要求。     

一种应用于激光微烧蚀的光学聚焦系统简化设计方法

针对激光微推力器对光学聚焦系统结构紧凑、聚焦光斑尺寸小以及避免羽流污染的特殊要求,采用传统的光线追迹法研究单透镜直接聚焦、双透镜准直聚焦两种典型方案光学设计方法。针对低功耗半导体激光器光纤耦合输出的芯径和数值孔径条件,在50m级聚焦光斑约束下,研究单透镜聚焦系统设计方案,得到了透镜厚度、焦距、工作距等设计参数的关系;研究准直聚焦光学系统的双透镜系统设计方案,得到了透镜厚度、透镜中心距、工作距等设计参数特征关系。针对两种典型光学设计方案,给出了工程应用设计参数。文中提出的设计方法避免了复杂的光学设计过程,可为激光微推力器激光光束微尺度聚焦提供一种简单实效的方法。     

一种激光与红外复合光学系统设计

介绍了一种半主动激光与长波红外共口径复合光学系统。光学系统采用折反式光路结构,半主动激光系统与长波红外系统在主反射镜处实现共口径复合。利用反射元件无色差的特性,可以有效地实现两种波段的共口径共光路传输。经过主次反射镜反射后,两种波段的入射光通过分光器件高效地实现分离,分别进入各自探测器中,实现了复合光学系统设计。通过采用折反式光路,结构保持了相对紧凑;前段望远物镜系统采用卡塞格林式反射系统,具有无色差的优点,同时避免了选用价格昂贵的宽波段透光材料,实现了成本控制。     

三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计

针对动车组空间三维坐标的测量需求,设计了三维激光雷达共光路变焦光学系统。系统采用发射/接收共光路的结构形式,以高斯光学为理论基础,对能量传输进行了详细的分析,得到扩束透镜链的严格限制关系。为简化系统结构,利用液体透镜代替传统的机械变焦机构,以几何光学为理论基础,计算出光学系统初始结构,并采用Zemax光学设计软件进行仿真,设计出三维激光雷达发射/接收共光路光学系统。该结构形式不仅提高了系统同轴度、减小外部干扰,还简化了结构、缩小了仪器体积。采用液体透镜调焦代替机械调焦,避免了调焦引起的机械振动,有效提高了激光雷达的定位精度。通过改变液体透镜的光焦度,实现了在2~30 m测量范围内,发射光学系统在被测物体表面的光斑半径小于20 m/m,接收光学系统超过90%的聚焦能量集中在半径小于1.6 m的圆内,满足用户要求。     

超短脉冲激光系统中空间滤波器透镜的优化设计

在超短脉冲激光系统中,像差的存在会使焦斑能量集中度降低.为了克服系统中像差的影响,提高系统最终功率密度,分析了系统中像差的来源,并利用光线追迹方法模拟了系统光路,计算了全系统的像差,提出并设计了双分离透镜作为末级空间滤波器输出透镜进行全系统像差的补偿.实验表明,利用所设计的双分离透镜,可以有效地补偿系统色差和球差,使系统输出焦斑半径从未补偿前的8.6 μm缩小为5.7 μm,而系统的聚焦功率密度提高了8倍,改善了装置性能.     

1.064μm测风激光雷达扩束系统的设计

根据三级像差理论,提出了单片物镜与单片目镜的像差共轭的扩束器设计方法,设计了带有非球面的两片式扩束系统,从设计的结果看出,整个系统的像差被很好地校正.为解决1.064 μm不可见波长扩束系统发散角测试问题,提出了利用线列CCD和示波器结合检验光束发散角的方法,此检验方法简便,容易实现,检测精度高.     

光纤相移点衍射干涉仪关键技术

为了实现光学系统波像差的高精度检测,引入了改进的光纤相移点衍射干涉仪,介绍了其工作原理,并对干涉仪的关键部件包括激光光源及光纤的参数进行了选择和分析。经测试,激光光源功率稳定性约为1%(10 min),光斑尺寸在实现最佳耦合效率允许范围内,光束位置稳定度约为6 um,相干长度为1 cm 左右,都在测试精度允许范围内;选择了纤芯直径为3.5 um 的单模不保偏光纤,对光纤端面镀半反半透金属膜,实现了较高的条纹对比度和光能利用率,并设计了波前参考源,方便了光纤端面的抛光、镀膜及装卡。最后,利用选择的部件搭建了光纤相移点衍射干涉仪实验装置,为最终能够实现光学系统波像差的高精度检测提供了前期的准备。