光学镜面间距测量技术研究进展

透镜作为光学系统中最基本的光学元件,其中心厚度的加工误差和装配精度将直接关系到整个光学系统的成像质量。对镜面间距非接触测量技术进行了研究,重点介绍了图像法、轴向色散法、差动共焦法、低相干光干涉法等方法的测量原理和研究进展,指出了这些方法的优缺点和适用范围。这些方法都能满足一般光学系统的精度要求,其中低相干光干涉法测量精度最高,轴向色散法、差动共焦法次之,图像法测量精度最低。对光学镜面间距测量技术的发展趋势进行了论述。     

光纤傅里叶光谱仪干涉图均匀抽样方法

提出了一种干涉图均匀抽样的新方法.采用高速数据采集卡同时采样参考光信号和测试光信号,依据参考光信号与采样点数和测试光信号与采样点数的关系对测试光信号重新抽样得到等光程间隔采样的干涉图.数值仿真和实验研究表明:干涉图均匀抽样法实现了光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的等间隔采样,消除了附加的谱线可用于傅里叶变换光谱仪的采样系统中,尤其是在短波段干涉光谱仪中有很强的优势.     

保偏光纤偏振耦合系统的动态色散补偿

在白光保偏光纤(PMF)偏振耦合系统中,光纤双折射色散会引起干涉条纹包络随着光纤长度展宽,从而导致空间分辨率降低,光纤测量范围变小。为了减小双折射色散的影响,提出一种基于频域变换的色散相位补偿方法,通过干涉主极大包络与耦合点包络的宽度比求得相位补偿因子,并与非线性色散相位谱相乘,通过傅里叶逆变换得到色散补偿信号。实验分别对400m和1000m PMF进行了测试,得到光纤双折射色散系数为0.0116×10-9 ps/(nm.km),将测试系统对PMF 1000m处耦合点的空间分辨率由62.85cm提高到6.03cm,实现了对长距离PMF偏振耦合系统的动态色散补偿。     

应用于光通信网络的高精度双频时间间隔测量方法

为了解决传统的时间间隔测量方法受到时钟分辨率和硬件成本高的限制，提出了一种双频时间间隔测量方法。该方法通过在接收机处对接收到的时钟信号进行相位扰动或等效相位扰动，使得接收到的时钟信号在一个待测信号周期内具有确定的相位概率分布。然后，通过多次采样和统计计算，消除了由低时钟分辨率引起的读数误差。仿真和实验结果表明，双频时间间隔测量方法的测量误差为0.06 ns，达到了亚纳秒级的测量精度，突破了时钟分辨率的限制。     

脉冲激光测距中时间间隔的新的测量方法

脉冲激光测距在军事工业领域应用广泛,具有平均功率低、重复频率高和对光源相干性要求低等优点.通过提高脉冲激光测距中时间间隔的测量精度,可直接提高脉冲激光测距的精度.为了达到ps级测量精度,我们用单片机对时间测量芯片进行了控制,从而使其不但能对发射脉冲信号和返回脉冲信号延迟进行测量,而且还能对测量结果进行自动校准.与脉冲激光测距技术中用于测量时间间隔的传统方法相对比,这种方法简化了器件设计,提高了测量速度.     

光热干涉检测系统的实验参数选择

为了研究实验参数对光热干涉检测结果的影响,根据等厚干涉测量原理,利用赛德倾斜像差建立了相应的光热干涉测量模型.通过对探测光源的分析,利用随机函数建立一般性光源模型,定义了光源均匀度.在此基础上通过数值模拟,对不同光源均匀性下实验现象进行仿真,分析了光源均匀性对干涉测量结果的影响.分析表明,探测光源均匀性对热吸收干涉测量结果的影响可以忽略.同时还对比分析了不同探测器接受口径对测量结果的影响.结果显示,当探测器接收口径R=0.315cm时,在0～0.6λ的光热位移内光热信号呈单调下降,而且条纹对比度相对较大.通过曲线拟合得到在弱吸收情况下光热信号与光热位移的一个简单经验公式.     

双Sagnac环滤波器的传输特性分析和实验研究

利用传输矩阵理论,对一种双Sagnac环滤波器的传输特性进行了理论推导和仿真分析,该滤波器由两段不同长度的保偏光纤（PMF）并联构成。仿真结果表明：该滤波器具有偏振无关和通道间隔可调的特性。对双Saganc环滤波器的传输谱进行了实验测试,通过调节滤波器中的偏振控制器（PC）,可以实现通道间隔的可调操作,调整入射光的偏振态并不会改变光谱形状,与理论分析得到的结论一致。最后,为了验证双Saganc环滤波器在激光器系统中的通道间隔可调特性,设计了一种基于四波混频（FWM）效应和双Sagnac环滤波器的通道间隔可调多波长掺铒光纤激光器。实验结果表明：该激光器可以输出通道间隔为0.9nm或0.35nm的多波长激光,这与仿真结果以及测量结果一致。     

相位校正器的粘接热应力分析

粘接工艺会影响相位校正器的实际性能，然而在研制过程中相位校正器的镜面常出现破损情况。分析粘接工艺后校正面面形的特征和镜面破损的特点发现，镜面玻璃与连接柱头材料之间热膨胀系数差异过大会导致高温固化后校正面相应位置的残余应力过大。建立数值模型对连接处的热应力进行仿真，并选取热膨胀系数与镜面玻璃相近的柱头材料以及固化温度更低的黏接剂减小残余应力。将柱头材料更换为热膨胀系数与玻璃材料（K9）更匹配的3Cr13，实验结果表明，高温固化后相位校正器的静态面形有了极大改善，多次实验均未出现校正面破损的情况。     

介质色散对高斯型频谱双光束干涉的影响

当光源为高斯型光谱,非平衡光路中考虑介质色散时求出双光束干涉的光强度解析解。分析了干涉条纹可见度和可见范围与介质的厚度、色散及光谱线宽度的关系;干涉光强度变化的相位关系。据此得出:白光干涉法除用来测量群折射率外还可用作介质色散的测量;高测量精度下谱线宽度应满足的关系式;干涉条纹可见度最大的位置与光强度最大的位置并不重合;若以最大光强度位置作为零光程差,会出现四分之一中心波长的系统误差。并用不同谱线宽度的光源对部分结论进行了实验验证。     

双波长共相检测方法研究

拼接镜共相检测技术是拼接过程和维持镜面质量关键技术之一,定量测量平移误差（piston）是指导拼接确定性调整的依据,也是拼接镜面成像质量、望远镜角分辨率的根本保证。为了实现拼接镜平移误差的大量程、高精度检测,提出了新型双波长共相检测算法,并基于圆孔衍射与双波长检测理论,推导得到了双波检测理论量程与波长之间的关系式以及选取模板间隔的最大值与波长之间关系式。在双波长检测中,针对两半圆间远场图案存在偏心、间隙误差和相机噪声等拼接误差,理论和仿真分析了间隙误差、偏心误差和相机噪声对双波长检测精度的影响。得到了间隙误差需小于0.2r,偏心误差需小于0.2r,信噪比需大于30时,双波长检测才不会出现误检测。该分析为以后双波长检测实验中误差的选取提供了借鉴。     

非球面镜在光学读取头中的应用

非球面镜的使用能大大简化光学系统,因此被越来越多地应用到各种光学设计中。阐述了非球面镜发展的意义及其在光盘机光学读取头中的应用,并介绍了光学读取头物镜性能的评价和制作材料。     

雷达电视监控CCD摄像系统与天线座系统光电标校合成

在介绍CCD摄像机和镜头的基础上，根据某雷达型号产品的实际设计，利用雷达对天线座光电匹配精度要求和基础知识，探讨雷达电视监控CCD摄像系统与天线座系统光轴合成。     

大数值孔径注塑成型物镜的材料选择

目前光学元件的注塑加工大量采用了聚甲丙烯酸甲酯（PMMA）为材料 。在光盘光学头物镜的设计和制造中，发现将PMMA应用到DVD物镜中时其综合性能明显比不上采用新型光学塑料的物镜。研究表明，当物镜的数值孔径越大，所需的材料折射率也越大，因此为了发展下一代DVD技术，需要开发更高折射率的新型光学塑料。     

基于径向梯度折射率透镜的消色差光学系统的设计

提出了一种基于径向梯度折射率(gradient index, GRIN)的消色差透镜,有效抑制了光学系统的色差效应。首先,利用径向GRIN透镜较低的球差和像差以及更优良的聚焦成像、更高的光学耦合效率的优势,实现了径向GRIN透镜的消色差光学系统的设计,消除了高阶像差。其次,通过对ZEMAX操作数POWR和SPHA的控制,分别对光学系统的光焦度和球差进行了优化设计。最后,推导并建立了径向GRIN透镜消色差光学系统的光焦度和色散模型,进行了径向GRIN透镜与常规胶合透镜的消色差效果对比实验。实验结果表明,径向GRIN透镜可以实现在波长范围486—656 nm良好的消色差功能,且消色差效果明显优于常规胶合透镜。径向GRIN透镜的弥散斑在艾里斑内,镜头聚焦情况良好,像差基本矫正且达到衍射极限,符合消色差透镜的良好成像要求。     

带像差补偿的光盘像散自动调焦透镜设计

对光盘光学头检测光路中广泛使用的光学平板所引入的光学像差进行分析计算,并由 此设计了一种放置于光盘光学头检测光路中的用以产生聚焦误差信号的像散透镜。它不但可以产生正常的调焦误差信号,同时还可以补偿由斜放入检测光路中的光学平板所带来的光学像差。经过实际应用,证明这种结构完全能够满足高密度光盘光学头的技术要求。     

碱土金属锡酸盐薄膜的光学性质研究

用Varian Cary 5000紫外-可见-近红外分光光度计对几种碱土金属锡酸盐薄膜的光学透射谱进行了测量;用改进的包络线法对所得透射谱进行了相关计算,得到了碱土金属锡酸盐薄膜的折射率、吸收系数、厚度以及光学带隙等光学参数;对所得结果进行了理论分析,结果显示:锡酸盐薄膜在可见光波段满足经典的Sellmeier色散关系。用外推法计算了光学带隙并对光吸收过程进行了分析。     

光学相干层析系统的光耦合实验分析

利用低相干光作光源的光学相干层析（optical coherence tomography，OCT）是一种新型的成像技术，是集共焦技术、相干技术、光外差技术和扫描层析技术于一体的非接触型成像技术；利用光源的空间相干以获得高的纵向分辨率，着重讨论了系统光源耦合后的大小对成像结果的影响。     

等折射率面为旋转抛物面的梯度折射率纤维透镜的成像特性

本文研究一种等折射率面为旋转抛物面的梯度折射率纤维的光线传播和近轴成像特性。从光线方程出发,得到光线轨迹的严格解析解,并由此导出纤维透镜的等效焦距、主面、焦面位置计算公式,以及高斯成像公式。     

一款车载镜头设计

为了满足汽车倒车需求,设计了一款结构简单、生产成本低廉的广角倒车镜头。镜头为4片式结构,第1片为玻璃,其余3片为塑料,使镜头满足在恶劣环境下工作的要求。镜头F数为2.8,水平视场为185°,且实验结果显示边缘视场畸变得到较好控制。设计的镜头已经开始量产。     

基于非球面透镜的光纤耦合系统设计

有效将激光耦合进单模光纤是自由空间光通信的关键技术。为了改善聚焦光束质量和降低耦合损耗,首先设计了消球差非球面透镜,并采用精密光纤支架对耦合光纤进行准确定位使耦合光聚焦在光纤端面上。实验表明,该耦合系统的耦合效率达到60%以上。