基于成像式照度探测的光源光强分布测量

基于成像式照度探测的光源光强空间分布特性测量方法以其量值准确、大幅消除背景光干扰等优点,受到人们的广泛关注。本文根据成像式照度探测原理设计了一套光源光强空间分布特性检测装置,通过实验测试了该检测系统,并总结了测量位置与光强空间分布测量误差之间的关系。该系统具有很好的实用价值。     

一种非稳腔激光器光束填充因子测量方法

基于CCD探测技术，设计了对激光非稳腔光束填充因子的测量系统，可精确地测量强激光近场光强分布，并运用Matlab软件对测试数据进行处理，得到光束填充因子。与量热阵列测量法相比，该方法具有测量准确度高的优点。     

光学定位机器人微创手术系统视觉伺服控制

为满足机器人辅助微创手术系统手术中轨迹跟踪和绝对定位的高精度要求,为其研制了一个基于光学定位的视觉伺服系统.该系统采用光学跟踪定位手段,实时测量机器人末端位姿并反馈,在光学测量空间实现全局闭环的位姿校正控制,使影响机器人轨迹跟踪和定位精度的主要误差因素得到有效校正,从而保证了机器人跟踪和定位的高精确度.分析了系统的组成和工作原理,提出一种笛卡儿空间位姿校正和关节空间速度控制综合的轨迹跟踪控制方法,仿真结果验证了该方法的有效性.     

用于气泡流检测的双波长测量模型研究

针对已有单波长方法测量小通道竖直上升气液两相气泡流相分布参数误差较大的问题,提出了用双波长透射法进行测量研究。通过几何光学原理计算双波长激光经过气液两相流的光强分布,然后提取双波长光强分布特征量,建立了一种基于双波长测量理论的气泡流相分布参数识别模型。利用Trace Pro模拟445 nm、635 nm的激光经过位于管道截面不同位置处的不同尺寸气泡时,得到相应光强分布曲线并提取出特征量,使用仿真得到的特征量数据集对神经网络进行训练,将训练好的神经网络用来预测实验中气泡流的相分布。仿真实验结果表明,建立的模型对气泡中心位置、半径预测的平均绝对误差分别为0.018 mm、0.007 mm,均优于单波长方法,证明了所建模型的有效性和准确性。在搭建的实验平台进行了气泡流测量,重建了气泡流的三维图。     

新型LED航标灯光学系统

基于侧准直原理和LED的光强分布特性,结合现有的二维准直表面和非成像光学二维形成给定光强分布表面的设计方法,设计了具有扩展功能的垂向准直、侧向120°内角向均匀分布的适用于航标灯的LED单元模块.利用该模块,可以很容易地拼装出全角360°的LED航标灯系统.在现有LED的光效水平下,整个系统的峰值光亮度可以达到83cd/W,具有很高的能量利用效率.     

带钢表面划痕缺陷视觉检测照明系统分析

本文针对带钢表面划痕缺陷,以常见的面阵LED作为光源搭建低角度、暗域照明系统,同时基于照明系统推导出在一定照明区域中光照度函数表达式,同时对单个LED发光强度曲线进行了拟合,得出其光强分布函数,基于该函数对照明系统进行建模,利用Tracepro光学软件对照度函数中进行了仿真,分析其中参数β、S与照明均匀度△E之间的关系,为视觉检测照明系统的搭建提供了相应的依据,并最终通过照明实验对仿真结果进行了验证.     

基于误差反馈的LED阵列近场光强检测

发光二极管(LED)在机场、铁路等领域作为信号光源,通常采用多个LED组成阵列的方式。传统方法为拆卸后送入实验室中进行检测,此时无法获得光源在工作现场的状态且使得整个检测周期较长,针对上述问题提出一种基于照度误差的方法。在现场的近场区域内移动照度探头采集照度数据;再对各LED预设光强分布,计算此光强分布下在各测量点形成的照度与利用照度探头实际测量得到的照度的误差并根据此误差来更新设置的光强值,多次迭代至误差足够小;最后将此时计算得到的每个LED的近似光强分布进行叠加用于计算整个LED阵列的光强分布。通过该方法可以在现场快速准确检测灯具光强分布的同时,保障整个检测系统的设计能够便携。通过实验验证,所提方法在不同情况下能够完成光强检测,匹配度达到93%以上。     

标准硅球直径精密测量系统的设计

基于多光束干涉的基本原理，导出了使用斐索干涉仪测量硅球直径多光束干涉光强分布的精确公式。针对目前的硅球直径测量系统忽略了多次反射对干涉信号造成的影响和系统中固有的条纹清晰度低的问题，研究了多次反射对干涉信号造成的误差，结果表明其最大光强误差可达到8％。通过对光学干涉系统结构设计和元件参数选择，最大限度地优化了干涉条纹的可见度，并设计出零背景光强标准硅球直径精密测量系统。数值模拟结果表明，该系统不仅极大地提高了干涉条纹对比度、消除了背景噪声，而且可通过改变透镜焦距调节干涉条纹的强度以达到CCD的最佳工作范围，从而提高了光强信号的测量准确度。     

微小激光曝光区域温度分布均匀化整形方法

提出了实现光束曝光区温度分布均匀化的方法。该方法主要是充分利用二元光学法和液晶空间光调制的各自优点,并按照设计系统的要求,最大程度避免二元光学法使用不灵活而液晶空间光调制激光能量利用率不高的缺点,实现温度分布均匀化系统优化。为研究该方法的可行性,首先通过遗传算法设计一个16台阶的二元光学整形器件;针对二元光学只能应用于特定条件下的缺点,再引入液晶空间光调制方法,该方法可以对入射光束进行实时、可调控的整形,实现对曝光区温度分布进行实时控制。理论分析和仿真结果都表明,两种方法按照实际需要进行选择,可以有效地实现光束曝光区温度分布均匀化。     

光学表面光散射(Ⅱ)——实验技术

发展了两种典型的测量光从有一定粗糙度的光学表面散射后的空间光强分布的装置,探讨了它们的优点和局限性,并研究了这两种系统的横向和纵向分辨率。结果表明,利用步进电机的扫描测量系统适用于在实验室中作高精度的表面粗糙度测量,而利用CCD阵列的测量系统适用于在光学制造中的在线检测。     

i－line光刻高均匀照明系统光能分布的计算模拟

叙述了ｉ－ｌｉｎｅ光刻高均匀照明系统的均匀照明原理，以及其具有特殊面形（非球面）、特殊结构（非共轴）、超光学表面（由多个非共轴光学表面组成）的光学系统的光能分布计算模拟的原理、方法。作为例子，用所编写的程序计算模拟了我们近来设计的一曝光系统几个重要光学表面上具有权重的点列图和光能分布曲线。     

基于静力衡量法和光学法的超微容量测量方法对比分析

分别使用静力衡量法和光学法对超微容量进行测量。光学法测量中,按照分光原理分别设计了以时域分光和空域分光为基础的测量系统。2套光学测量系统在1μL和10μL的容量测量数据分别为0.967μL和0.929μL以及9.976μL和9.729μL;时域分光测量系统在1μL和10μL测量点重复性为3.2%和2.54%,空域分光测量系统为3.6%和2.02%。2套光学系统相比,时域分光系统的探测器灵敏度更好,在低浓度超微容量测量中能检测到更多光强信息。光学法与静力衡量法获得了相同的结论,证明了光学法在超微容量测量领域的可行性。光学法与静力衡量法相比,光学法针对液体蒸发的处理方法更加简单,光学元件的设计可以有效减小蒸发的影响。     

光纤出射光强分布研究

对多模光纤出射光束的光强分布用横向位移法进行了理论分析和实验研究,并用数值计算的方法分析实验测量数据.结果表明,高斯光束可以很好地描述光纤出射光强的分布,光纤出射光束光强分布参数主要与光纤芯径和出纤光功率等有关,为强度调制型光纤传感器的优化研制提供了必要的实验依据.     

Optical image transformations for fully parallel optical analog-to-digital conversion

An optical method for a fully parallel analog-to-digital conversion is proposed. The proposed method is carried out by means of intensity transformations of an analog input image and the thresholding for the transformed images and is suitable for two-dimensional implementation based on spatial light modulators. The intensity transformations are implemented by a liquid-crystal spatial light modulator, and thresholding is simulated by computer in consideration of the optical realization.     

Comparison of radiative transfer Monte Carlo and volume integral equation methods of studying the clustering of small scatterers

The effect of clustering of small scatterers on optical properties was studied by creation of a Poisson distributed plane-parallel geometry and slow cooling of the particle system in the sense of simulated annealing in an attempt to minimize the assumed total potential energy and sample the spatial distribution during the process. The optical properties were calculated by the volume integral equation method (VIEM). The scattering results for unclustered structures with different size parameters and packing densities were also compared with those given by Monte Carlo simulation for radiative transfer. In particular, measuring the intensity distribution of the VIEM is well suited to the classic radiative transfer approach.     

Speckle-based three-dimensional velocity measurement using spatial filtering velocimetry

We present an optical method for measuring the real-time three-dimensional (3D) translational velocity of a diffusely scattering rigid object observed through an imaging system. The method is based on a combination of the motion of random speckle patterns and regular fringe patterns. The speckle pattern is formed in the observation plane of the imaging system due to reflection from an area of the object illuminated by a coherent light source. The speckle pattern translates in response to in-plane translation of the object, and the presence of an angular offset reference wave coinciding with the speckle pattern in the observation plane gives rise to interference, resulting in a fringe pattern that translates in response to the out-of-plane translation of the object. Numerical calculations are performed to evaluate the dynamic properties of the intensity distribution and the response of realistic spatial filters designed to measure the three components of the object's translational velocity. Furthermore, experimental data are presented that demonstrate full 3D velocity measurement.     

柱面透射光栅的衍射特性

从理论上分析了较高空间频率的柱面透射光栅的衍射特性，在不作近似的条件下，用计算机模拟出了不同曲率半径的柱面透镜组成的柱面透镜组成的柱面透镜光栅的夫琅和费衍射特性，得出了共衍射光强的分布规律。光学实验给出了由光学塑料制成的空间频率为１０ｌｐ／ｍｍ的柱面透射光栅的衍射光强分布。计算机模拟结果与光学实验结果吻合。     

基于成像式照度测量的菲涅尔光学助降系统设计

为了解决菲涅尔光学助降系统的检测问题,提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案,并研制了成像式照度探测装置。试验结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测,满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。     

用点扩展函数确定卫星反射后的脉冲强度

卫星激光测距系统是一个非相干成象光学系统。卫星形状效应是由于卫得上不同位置的反射器对光子反射的时间不同而引起的脉冲强度重新分布的现象。非相干成象系统在等晕区内是空间不变性的光强线性系统。成象光学系统中象强度等于输入物强度与光瞳点扩展函数的卷积。用卫星的点扩展函数描述卫星形状效应,能非常简便地计算出被卫星反射后的脉冲强度分布。讨论了激光测距卫星的点扩展函数的求解方法和表达形式,并分别推导和计算了Lageos卫星和自行设计卫星的点扩展函数以及点扩展函数作用后的脉冲强度分布。     

Self-adjusting dynamic binary phase holograms

An optical system constructed around a dynamic diffractive optic element, a ferroelectric liquid-crystal spatial light modulator in binary phase-only modulation mode, is investigated. The spatial light modulator is successively adjusted according to the direct binary search technique to diffract an incoming laser light beam into a predecided intensity distribution by use of feed back from the diffracted light. It was found that the feedback signal was noisy and that vibrations and limited bistability in the spatial light modulator's pixels were the main noise sources. The final diffraction efficiency depends on the degree of noise in the feedback signal, but even under fairly noisy conditions the iterations were found to converge properly.