用干涉法测量固体激光器激活介质的热透镜焦距

为了测量固体激光器激活介质的热透镜焦距,建议采用热尔里克(Зернике)的三缝干涉装置。这种方法能方便地求得温度同焦距的关系。确定了焦距10m和50m时相应的焦距误差≤2.5%和10%。     

地面景物模拟器的光学系统设计

为了使CCD立体相机与干涉成像光谱仪在发射前能够快速检测图像质量,设计并研制了一种应用于CCD立体相机与干涉成像光谱仪共用的地面景物模拟器光学系统.介绍了地检景物模拟器的光学系统方案,根据实际使用要求,确定了地面景物模拟器光学系统的设计参数.该系统焦距为150 mm,视场角为10°,空间分辨率为36lp/mm,光谱适应范围为0.48 ～0.96 μm.设计结果表明,地面景物模拟器光学系统对被检CCD立体相机与干涉成像光谱仪的图像质量几乎没有影响.其奈奎斯特空间频率上的MTF与CCD立体相机和干涉成像光谱仪的MTF值几乎一样.为验证光学成像探测系统CCD立体相机与干涉成像光谱仪的光机及电子学系统的状态是否正常提供了依据.     

单模光纤激光准直仪的研制

本文在简要分析影响激光准直精度主要因素的基础上,介绍了单模光纤激光准直仪的原理及其软硬件设计,给出了准直仪在不同距离下的漂移实验.实验表明:研制的准直仪在20m范围内1个小时内的相对漂移值小于2×10-6.     

一种大口径连续变焦距系统的结构设计

针对某大口径光电探测设备技术指标设计了一种口径为1 m级,焦距变化范围为2000~6000 mm的大口径、长焦距可见光连续变焦系统.比较了以往的连续变焦结构优缺点,选取了合适的凸轮机构并进行了详细地结构设计.利用有限元软件对连续变焦距系统中的关键结构件凸轮进行了静力学和动力学分析.计算了该种凸轮结构下的连续变焦距系统的精度为3.3μm,满足系统的测量要求.     

同轴超短焦距折反式投影系统设计

为了缩短超短焦距投影仪的机械总长,克服传统离轴超短焦距投影系统的装调困难,降低系统的设计难度,设计了一种同轴的超短焦距投影系统。首先,通过分析像差与系统总长的关系,证明了需要保证系统总长的必要性。然后,通过镂空非球面反射镜中心部分,利用平面或球面反射镜折转光路,提出了一种新的设计超短焦距投影仪的方法。在保证光学总长的同时缩短了机械总长,提高了空间利用率,解决了同轴折反系统中存在挡光的问题。最后设计的系统总长为215mm,投射尺寸为100in。系统的投射比为0.17,物方NA为0.2,焦距为1.66mm。各个视场传递函数在内奎斯特频率处达到0.5以上,各指标都满足了投影系统的要求。同时,在透镜个数相同的情况下,系统的性能都优于传统的投影仪。     

长焦距大变倍比中波红外变焦距系统设计

为实现红外连续变焦距系统变倍比大、焦距长和系统结构简单的需求,在光学系统中引入衍射元件(DOE),设计了一套3.7～4.8μm波段折/衍混合连续变焦光学系统。该系统突破了传统折射式中波红外变焦系统难以同时满足变倍比大、焦距长、系统结构简单等要求的局限,其变倍比为20×,可在35～700mm焦距范围内连续变焦,仅包含6片透镜和2片平面反射镜。在空间频率17lp/mm处,系统在全焦距范围内调制传递函数MTF>0.5;变焦过程中系统弥散斑直径均方根值小于20μm,表明该系统成像质量良好。     

一种对称式双光栅干涉位移测量系统的研制

作为纳米位移测量技术领域的关键解决方案之一,干涉型光栅位移测量系统具有高精度、高分辨率、小体积的特点。干涉型光栅位移测量系统中采用的干涉光来自光栅的衍射,所以系统对光栅的偏摆角度较为敏感,装调难度大。为此,研制了一种对称式双光栅干涉位移测量系统,基于光学多普勒频移效应和圆偏振光干涉等原理实现高精度位移测量,系统对位公差小,装调简便。性能测试结果表明,该系统的实测分辨率为0.8nm,重复性为1.4nm;在1~14.5μm的位移范围内校正前系统测量精度为15.4nm,采用系统运动轨迹误差校正后精度为5.5nm,进一步采用周期性误差校正后精度达到1.4nm。     

热成像系统和长波红外特性测试仪序列产品简介

1 最小可分辨温差(MRTD)检测仪仪器结构及用途RXFT-1型MRTD检测仪由温差(温度)控制器、目标发生器(有两种类型)、准直光学系统和温差指示器组成。用于检测热成像系统(TIS)参数MRTD及最小可探测温差(MDTD)。技术指标工作波段:8～14μm;3～5μm。准直仪参数:有效孔径150mm;焦距f=2×10~3mm;标准图样为可互换的7组标板,13种标准图样;空间频率为0.1～6c/mrad(其他目标按需要索取)。     

8～12μm波段折/反/衍混合坦克扫描物镜消热差设计

根据坦克扫描光学系统的要求,设计了一种工作于8～12μm波段,可识别2 000 m远坦克目标的折/反/衍射混合红外消热差光学系统。该系统采用新型的卡塞格林系统,其非球面主镜和次镜全部取代为球面,解决了卡塞格林系统大口径非球面主镜、次镜的高加工精度和装调难的问题;通过应用衍射元件独特的温度特性实现红外光学系统的无热化设计,设计的系统结构简单紧凑,口径大、焦距长、分辨率高,并且在-40～60℃的温度范围内成像质量接近衍射极限,满足坦克扫描系统的总体要求和像质要求。     

基于迈克耳孙干涉仪的凝视型激光告警系统设计

设计了一种基于迈克耳孙干涉仪的凝视型激光告警系统,理论分析了系统定向精度和滤光片透射率的变化规律。结果表明,入射激光经过告警系统后,形成环形干涉条纹,根据条纹中心的坐标和条纹间隔可解算入射激光的方向和波长;在探测器像元尺寸固定的情况下,系统的定向精度由光束变换透镜和球面反射镜焦距的比值决定,定向精度随该比值的减小而提高;告警系统滤光片的透射率取决于变换透镜的焦距,当变换透镜焦距为鱼眼镜头焦距10倍时,滤光片对系统入射角为0°~90°范围内激光的透射率为90.0%~87.5%,这保证了系统对各角度的入射激光都有较高的探测灵敏度。     

长焦距宽视场离轴三反光管设计

针对大口径、长焦距、宽视场平行光管高像质的应用需求, 提出一种采用离轴三反射镜结构的平行光管。从共轴三反理论出发, 推导出系统的初始结构;并且在用zemax软件优化时, 提出一种基于ZPL语言优化离轴量的方法。设计出一个焦距10 m, 视场21的离轴三反平行光管。设计结果表明, 系统像质接近衍射极限, 全视场波像差RMS值优于/200(=632.8 nm), 系统总长度小于f'/3, 为大口径、长焦距、宽视场光管设计提供了一种设计方法。     

基于五棱镜的大型平行光管焦面监测技术及误差修正方法

大型平行光管在进行空间环境模拟实验中由于受到温度、气压大幅改变的影响,离焦现象较为严重,为了解决该状态下平行光管离焦量检测难度较大、检测精度不高等问题,提出了一种针对大口径长焦距平行光管焦面位置检测的新方法,可以对平行光管的离焦量进行实时的监测。分析了由五棱镜引入的主要系统误差,并使用更新基准数据的方法将其修正。在口径为700 mm 焦距为18 m 的平行光管上进行了实验,结果表明该系统检焦精度在150 m 以内,满足实验室对大型平行光管焦面位置精度小于200 m 的指标要求。     

Fan-beam reconstruction algorithm for a spatially varying focal length collimator

Fan-beam collimators are used in single-photon-emission computed tomography (SPECT) to improve the sensitivity for imaging of small organs. The disadvantage of fan-beam collimation is the truncation of projection data surrounding the organ of interest or, in those cases of imaging large patients, of the organ itself, producing reconstruction artifacts. A spatially varying focal length fan-beam collimator has been proposed to eliminate the truncation problem and to maintain good sensitivity for the organ of interest. The collimator is constructed so that the shortest focal lengths are located at the center of the collimator and the longest focal length is located at the periphery. The focal length is assumed to increase monotonically toward the edge of the collimator. A reconstruction algorithm for this type of fan-beam collimation, expressed as an infinite series of convolutions followed by one backprojection, is presented. Simulations show that only a small number of N terms in the series is needed to obtain high-quality reconstructions. Computer simulations showed that if the focal length function is smooth, the reconstructions are free of artifacts.     

光束参量积对半导体激光器光束质量的评估

为了解决传统方法中用光束参量积来评估激光光束质量的不足,基于半导体激光器的光束特性,采用了光束参量积M_q2因子来评估半导体激光器光束质量,进行了理论分析和实验验证,取得了快轴准直焦距（FAC）分别为1100μm和600μm的各6个组合光束以及FAC为600μm的10个组合光束的有效焦距长度数据。结果表明,L_//和θ_⊥的变化越明显,光束质量参量积M_q2因子的变化越明显;测量值和计算值之间的误差小于5%。这一结果对高能激光的光束质量评估是有帮助的。     

A backprojection filtering algorithm for a spatially varying focal length collimator

Fan-beam collimators are used in single photon emission computed tomography to improve the sensitivity for imaging of small organs. The disadvantage of fan-beam collimation is the truncation of projection data surrounding the organ of interest or, in those cases of imaging large patients, of the organ itself producing reconstruction artifacts. A spatially varying focal length fan-beam collimator has been proposed to eliminate the truncation problem and to maintain good sensitivity for the organ of interest. The collimator is constricted so that the focal lengths of the holes vary across the face of the collimator with the shortest focal lengths at the center and the longer focal lengths at the periphery of the collimator. The variation of the focal length can have various functional forms but in the authors' work it is assumed to increase monotonically toward the edge of the collimator. A backprojection filtering reconstruction algorithm is derived for this type of collimation. The algorithm first backprojects the projections, then performs a two-dimensional filtering. The algorithm is efficient and has been tested via computer simulations.     

大口径宽光谱折射平行光管系统设计

介绍了大口径、宽光谱、折射式平行光管物镜的设计理论。结合项目设计实例：工作波长范围400nm~1100nm,焦距2000mm,相对口径1/10的折射式平行光管系统,论述了光学设计初期玻璃材料选取、初始结构选取与光焦度分配等问题。利用修正的相对部分色散P与阿贝数V建立复消色差方程组求解初始结构,使用Zemax软件优化设计出在全谱段范围内复消色差的平行光管系统。最后,给出Zemax软件分析的像差结果,系统中心视场内的点列图优于5μm ,中心波长波像差优于1/60λ,焦距色偏移量为0.33mm,其余像差均在设计指标之内。     

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。     

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。     

数字微镜阵列动态红外景象投射器光学系统设计

利用二次成像原理,采用准直物镜组和放大倍率为1/3的投影系统的组合方式,设计了小F数、短焦距、长出瞳距、长工作距离的基于DMD的中波红外景象投射器光学系统.整个光学系统采用锗和硅两种材料,包含11片透镜,其中:准直物镜3片,投影镜头7片,场镜1片.为了实现15-40℃范围内消热差和消色差,将投影系统设计成折衍混合系统.投射器光学系统在工作温度范围内,全视场空间频率161p/mm处的MTF＞0.6,具有较好的成像效果.     

离轴抛物面镜准直输出辐照度特性

基于离轴抛物面镜的准直光学系统因其无色差、材料易得、工作谱段宽、无中心遮挡等优点被广泛应用于传感系统校准、辐射测量、红外目标模拟器等系统中。为了分析设计的准直系统是否满足实际需求,对准直系统输出的辐照度特性进行了理论分析及仿真研究。基于辐照度传输模型给出了准直系统输出面辐照度分布表达式,并给出了准直光束发散角与抛物面焦距、光源口径及离轴角之间等的定量关系。采用光线追迹方法仿真分析了准直系统在不同光源口径情况下的输出面辐照度分布情况,并对输出辐照度均匀性进行了定量分析。文中所提出的分析方法对提高离轴抛物面镜的准直性和输出辐照度均匀性有重要的意义。