扰动环境中红外平行光管光路的优化设计

为了降低在振动环境中红外平行光管形变量对检测精度的影响,提高红外平行光管结构设计的合理性,文章应用有限元原理通过ANSYS软件对一种由离轴抛物面反射镜和平面反射镜构成的红外平行光管进行了模态分析,得出系统的固有频率和平行光管壳体的形变量分布,为改进平行光管结构提供了理论依据,进而提出了一种红外平行光管的改进光路,该光路不仅能提高在振动环境下红外平行光管的检测精度,而且能够减少红外平行光管的体积和质量.     

一种离轴抛物面准直光管的设计

论述了一种用于为某可靠性测试设备提供红外模拟目标源的离轴抛物面准直光管系统的结构选择.按照焦距f=960mm,相对孔径1:6,视场0.6°,工作谱段0.8～1.4μm的技术要求,对准直光管的光学系统进行了设计.反射式光学系统,能做到大口径和无色差及轻量化设计,系统光利用率高.因系统要求中心无遮拦,故选用离轴抛物面式准直系统.为进一步改善系统像质,采用了离轴高次抛物面式主反射镜与次反射镜以及补偿透镜组的设计方案.模拟实验表明,此准直光管的主要性能满足使用要求.     

光电瞄具多光轴平行性检测系统的设计与研究

为了精准地测量光电瞄具多光轴的平行性,采用大口径离轴抛物面反射镜平行光管的多光轴检测方法进行了理论分析,并设计了完整的测量系统(包括光学成像系统、控制系统、图像采集与处理系统)。该系统采用离散余弦变换系数作为评价标准,实现了高精度的自动对焦;采用大口径离轴抛物面反射镜满足不同型号瞄具的测量,实现了可见光、近红外和远红外3种光学系统的光轴平行性的自动检测。结合一种光电瞄具成品进行了实际测试,当光轴之间偏差角为0.04mrad~0.08mrad时,相对误差在13%以内,此范围可认为是系统检测角度的下限。结果表明,该系统减小了人为读数等主观原因造成的误差,通用性强、检测效率高,精度满足需求。     

便携式红外系统检测仪

针对红外系统检测设备的小型便携化需求,分析了检测仪的基本组成及对其进行小型设计的重点部位,分别从优化设计指标、采用离轴抛物面多次反射光路设计、选用硬铝作为镜片加工材质等方面对红外平行光管进行了优化设计,有效减小了光路系统的体积,减轻了平行光管的重量。采用紫铜辐射面、热电制冷器、散热片等构造了小型高效的黑体辐射源结构,设计了温度控制驱动电路,实现了小型轻量的面源黑体。所研制的检测仪整机重量小于15 kg,实现了小型便携,并取得了理想的应用效果。     

便携式红外瞄准镜瞄准基线检测系统研究

设计了一种便携式红外瞄准镜瞄准基线检测系统,用于检测红外瞄准镜的光学瞄准基线偏差即零位走动量。系统研制了离轴抛物面反射式平行光管和双控差分黑体,为检测系统提供红外平行光,作为被试品瞄准的无穷远红外目标;设计的平行光管焦距为600 mm,数值孔径1/5;研制的差分黑体温控精度为0.1 ℃,经试验验证,系统可满足0.7 mil的被测系统精度定性要求,使用方便,满足了生产上快速检测的需要。     

红外目标模拟器及校准系统性能参数研究

介绍了红外目标模拟器，对一种离轴抛物面反射镜式红外目标模拟器的工作距离和工作区的辐照度进行了计算，导出了红外目标模拟器校准系统采用光谱选择性和非选择性探测器时的噪声等效温差方程。     

基于Zernike多项式的大口径离轴抛物面平行光管定焦技术

根据Zernike多项式的第四项系数q4和Seidel像差Focus项的对应关系,选用Zernike多项式第四项的系数q4的值作为激光干涉仪法定焦的判据。利用该判据定焦,方法可行,定焦结果稳定。根据q4值的正负可以判断干涉仪发出的球面波的交点处于大口径离轴抛物面平行光管的焦前或是焦后,从而指导干涉仪的前后移动。利用基于Zernike多项式的激光干涉仪法确定了大口径离轴抛物面平行光管的焦面,由标定实验可知,利用这种方法定焦效果不错,定焦后的平行光管出射光束平行性误差优于0.22″。     

离轴反射式平行光管在红外性能测试中的应用

离轴反射式平行光管已广泛应用于红外成像系统的性能测试中, 测试方法种类繁多, 并且还在不断地推陈出新。基于工程实践, 介绍了以离轴反射式平行光管为主要组成的测试环境;分析计算了红外靶标的特征频率和角直径, 通过红外性能指标的理论定义引出具体的测试方法, 并依据测试方法得出测试结果;评价了测试结果反映出的红外热像仪的特性。     

可见光与红外光轴平行度检测仪

将可见光与红外光学系统运用分光镜和卡塞格伦平行光学系统组合成平行共光路系统.运用这一特性研发了红外与可见光发射光轴平行度检测仪,用红外和可见光CCD作为传感器.在平行度检测仪前放置标准平面反射镜,进行自准标校.进行平行度检测时,检测仪放置在被测复合光学系统前,标准平面反射镜放置在光学系统后.调整平行度检测仪,使检测仪的可见光轴与复合光学系统的可见光轴平行;再调标准平面反射镜,使可见光学系统成自准直像.以可见光轴为基准,采集检测仪经复合光学系统及标准平面反射镜后的红外像.进行图像分析及数据处理,得到复合光学系统红外光轴与可见光轴的平行度.检测仪的不确定度为3.5".     

小F数卡赛格林系统装调技术

介绍了小F数卡赛格林系统装调的一种方法.用一束平行光照射抛物面反射镜,当抛物面反射镜的光轴与机械轴不重合时,反射光线的焦点运动.调整抛物面反射镜的中心和倾斜,使抛物面的光轴与机械轴重合,然后在卡氏系统的焦点处放置一十字分划板,经次镜和主镜的反射后,被内调焦望远镜接收,当次镜和主镜的光轴与机械轴都重合时,反射光线不动.运...     

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。     

基于1.06/1.54μm激光的离轴折反式平行光管物镜设计

设计了λ1=1.06μm,λ2=1.54μm,f=1000mm,D=167mm,2ω=0.6°的平行光管物镜,由于系统要求低成本、中心无遮拦且结构简单紧凑,故采用离轴折反射结构形式.初始结构中,主镜采用抛物面反射镜,在其成像光束中加入一个光焦度为零且有空气间隔的同种材料组成的双透镜组,消除了正弦差.同时为了减小补偿透镜组的口径,使它们适当地靠近像面位置.利用ZEMAX优化结果表明传递函数达到衍射极限,完全满足设计要求.     

离轴抛物面镜在温度传感器校准系统中的应用

为了改善温度传感器动态校准系统中的晶体透镜对激光束的聚焦效果,使用离轴90°抛物面镜代替晶体透镜对系统进行了改造,通过几何光学方法,对离轴90°抛物面镜应用于激光聚焦光路时的光轴的角度失准对聚焦光斑造成的影响进行了分析,并利用改进后的系统对CHAL-010型热电偶进行时间常数测试和动态校准实验,得到了CHAL-010型热电偶在温度阶跃为242℃左右时的时间常数值,完成了该热电偶的动态校准.结果表明,采用离轴90°抛物面镜代替温度传感器动态校准系统中的晶体透镜能达到温度传感器动态校准的目的.     

一种红外相机的像面标定

本文通过对红外相机的光机结构、成像介质TDICCD的工作原理、成像原理的简单描述.从光学成像,机械装调的角度出发介绍了一种红外相机的像面标定方法,即相机通过离轴反射式平行光管对黑体上的目标直接成像,通过观察与CCD相连的示波器显示的电信号的幅值强弱来判定是否调准像面.经实际应用证明,该标定方法是一种切实可行的方法,适用于实际工程.     

一种用于光学薄膜表面无损表征的原子力显微镜

研制了一种用于大面积光学薄膜表面无损表征的新型原子力显微镜(AFM)。利用开放式样品台及探头系统可检测大尺寸、大重量的样品。样品最大尺寸可达600 mm×1000 mm。利用X、Y方向上的步进电机可实现探头在大尺寸样品表面任意位置的定位。另外还设计了优化的光点跟踪光路以实现大范围扫描成像,在扫描范围和反馈范围增大的同时,保持了较高的精度。利用步进电机和扫描器配合扫描,可得到序列图像,通过序列图像的拼接可获得更大范围的扫描图像。本文中测试了三种大面积薄膜样品,实验结果表明,单幅扫描图像最大范围达20 μm×20 μm,同时保持高的横向及纵向分辨率。     

离轴抛物面镜对超短激光脉冲紧聚焦特性的研究

为了研究超短激光脉冲光束质量对焦斑的影响,采用经典的几何模型进行了理论模拟分析,并实验研究了离轴90°抛物面镜的飞秒激光光束的紧聚焦特性。由理论分析和实验结果可知,当入射失准角为3mrad时,将从空间上使焦斑峰值功率密度减半,失准角的存在将引起到达靶面的激光脉冲的时间展宽从而降低焦斑峰值功率密度;利用3TW钛宝石飞秒激光系统,通过ƒ/1离轴90°抛物面镜对激光束进行紧聚焦,得到最佳焦斑尺寸为5.6μm×5.4μm,对应于3mJ和96mJ的飞秒脉冲激光光束的焦斑峰值功率密度分别为3.83×1017W/cm2和1.23×1019W/cm2。结果表明,该研究为开展激光与固体、气体、团簇等物质相互作用的相关实验提供了重要的参考。     

中红外平面光栅光谱仪系统光学设计与优化

利用红外热电堆阵列探测器作为光接收器,以小型化且能满足一定光谱工作范围和光谱分辨率为设计指标,根据光谱仪器设计理论和像差理论,设计了一种Czerny-Turner结构中红外平面光栅光谱仪。系统采用双离轴抛物面镜作为前置光路缩减了光学系统尺寸,采用超环面聚焦镜校正了像散。运用ZEMAX设计软件对中红外平面光栅光谱仪的前置光路、色散成像系统进行设计、优化和分析。最终分析结果表明,该系统光谱工作范围为8.04~13.96 m,光谱分辨率优于80 nm,F数为2,光学结构特征尺寸约为150 mm200 mm70 mm,满足设计指标。     

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。