四自由度准直光源光轴定位方法研究

准直光源用以标定其它光学元件,其准直平行光束指向性确定十分重要.由于准直光源制造安装等因素造成准直光源光轴的初始位置不确定性,需要对准直光源光轴指向定位调整.提出用四自由度机构来实现准直光源光轴定位调整,分析了专用四自由度调整机构的功能和结构.建立四自由度调整机构实现准直光源光轴定位调整数学模型,并进行了解析,确定准直光源光轴定位过程中的量化调整.     

基于微透镜阵列生成特定矩形光斑的TIR组合透镜设计与仿真

LED功率的不断增大使其逐渐替代传统光源,并广泛用于各种照明光源。在某些室内照明以及道路照明设计中,通常需要借助LED透镜产生矩形光斑从而充分利用光能避免浪费。利用Light Tools软件设计了一种全内反射(total internal reflection,TIR)透镜与特定微型透镜阵列的组合透镜,设置TIR准直透镜透射曲面和全反射曲面为二次曲面,并对其进行准直优化。然后建立单个微型透镜,设置单个矩形微透镜长宽比分别为1∶1、3∶2和4∶3,并将其阵列化。通过改变微型透镜的尺寸以及球面曲率半径进行进一步优化,最后生成与微型透镜长宽比对应的均匀矩形光斑,从而满足不同矩形照明区域的照明需求。     

基于SiPM的阵列式X射线背散探测器设计

阵列式探测器是背散射成像设备能够小型化的关键。受限于光电转换器件的灵敏度和转换效率等因素,阵列式探测器设计一直进展缓慢。本文提出使用硅光电倍增管(SiPM)作为核心部件,并从准直器、闪烁晶体和光电转换元件进行阵列背散射探测器设计的新思路。利用X射线特征谱线建立仿真模型,确定闪烁体CSI厚度为1 mm;准直器设计为栅格状,栅格高度4 cm,间隔为6 mm;SiPM尺寸相应为6 mm×6 mm。根据设计结果完成了探测器单个组件的加工,通过实际实验验证设计结果,实验证明合理设计的SiPM可以满足本应用长时、低光照强度以及被探测物体的厚度变化范围较大的要求。     

蜂窝式阵列菲涅尔透镜的配光设计

单元结构、阵列排布和偏转控制是阵列菲涅尔透镜的三个重要因素。单元结构采用了棱镜加菲涅尔透镜结构,排布方式引入蜂窝式阵列,构成蜂窝式阵列菲涅尔透镜。该透镜可以将准直光源发出的光线投射到1m远、直径为30mm的圆形区域内并形成特定图形。通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角,以及每个菲涅尔透镜的背侧光面倾角的优化,实现了一款蜂窝式阵列菲涅尔透镜的光学设计。通过光学仿真分析,结果表明该设计方法灵活可靠,光线控制效果良好,具有实现图像级配光的能力。     

大型月球模拟器总体研究

论述了大型月球模拟器的工作原理,对口径为Φ2 500mm月球模拟器进行了系统设计,整个系统由光源、匀光板、光源控制系统、计算机控制系统、模拟器机械系统等组成。提出了大型月球模拟器光学系统的设计方案,采用LED阵列作为月球模拟器光源,使用光源控制系统控制LED组元的亮灭模拟月相变化,从而真实地模拟了月球的准直、均匀性以及月相变换的特性。经对月球模拟器进行光机结构分析和仿真分析,得到其最大自重变形为16.4μm,最大自重应变为2.1×10-4 m/m,不同月相的发光面照度不均匀度为14.7%,亮度不均匀度为17.2%,均满足设计指标要求。     

JZ-D型激光准直仪调节机构的改进及其效果分析

激光准直仪采用氦氖激光器作为光源,发射出方向性好、发散角小、亮度高、光强分布稳定对称的红色光束,以此光束中心线为基准线,配以合适的光电检测与显示器即可进行测量。JZ-D型激光准直仪发射部分的主要结构。在进行设备调试安装的过程中,需要采用激光准直仪建立一条基准光轴,然后对设备进行准直调试安装。     

基于LED阵列光源的太阳模拟器

针对目前LED太阳模拟器辐照度低、光谱匹配性差等不足,提出一种由LED阵列光源,菲涅尔透镜、光学积分器、准直物镜组成的LED太阳模拟器。首先根据多光谱拟合理论,在400~1 100nm优选15种不同波段的LED光源,计算出光源所需功率,实现太阳光谱的精确匹配。其次优化设计了菲涅尔透镜、光学积分器以及准直物镜,校正了太阳模拟器的像差,提高了太阳模拟器的能量利用效率以及辐照均匀性,并利用LightTools软件对所设计的光学系统进行仿真分析。最后搭建了光学系统实验装置,测试结果表明:100mm×100mm内的辐照度达到1 376.3 W/m~2;拟合的太阳光谱匹配度达到AM1.5条件中的A级,辐照不均匀度为±1.73%,辐照不稳定度为±0.82%,综合性能指标达到太阳模拟器中的3A级水平。     

单光场时栅位移传感器散射角误差分析及优化

光场式时栅传感器采用光强调制的方式解决光栅对制造工艺的依赖,但提高了对光源出光特性的要求。通过对测量原理的分析,建立了单光源散射二维误差模型,分析了光源散射对电行波信号幅值和相位的影响,并通过仿真分析得出光源散射对测量的影响主要为一次和二次谐波误差成分,与未优化光源测量的主要谐波误差成分相吻合。提出一种光线空间约束的优化方法,采用切面迭代法设计准直透镜减小光源发散角,仿真结果表明所设计的光源发光半角从±60°降低到±10°。搭建实验平台进行验证,结果表明：在栅距0.2 mm的单周期测量范围内,与未优化光源对比,添加准直透镜的测量误差从±5.6μm减少到±1μm,其中一次、二次谐波误差成分得到明显抑制,100 mm范围内的长周期测量误差为±8μm。实验结果验证了散射角误差模型的正确性和准直透镜抑制效果的可行性。     

激光准直仪在压缩机制造安装和检修方面的应用

从本世纪六十年代开始,人们找到了一种新光源,就是激光器。近几年来,激光技术在我国科学领域和工业部门得到了广泛的应用和不断地发展。 激光准直仪所使用的激光器是氦氖气体激光器。 一、激光准直仪的工作原理和基本构造 我们知道,通常的光学准直望远镜的光轴     

光纤阵列准直器设计及其发散角测量

传统基于单个固定折射率透镜和渐变式折射率透镜制备光纤阵列准直器的方法,存在阵元数扩展困难、封装工艺复杂且集成化困难等缺点。利用光学微透镜易阵列化且阵元特性一致性好等优点,提出了基于平凸微透镜阵列制备光纤阵列准直器的方法。根据高斯光学和矩阵光学理论,对光纤阵列准直器的准直特性进行了理论分析和仿真,确定了光纤阵列准直器的相关设计参数,据此加工制备了四阵元一维排布光纤阵列准直器,其阵元间距为250 μm。通过远场光斑法对光纤阵列准直器的主要性能参数远场发散角进行了测量,并采用蒙特卡洛法对测量不确定度进行了分析与评定。光纤阵列准直器各通道远场发散角的测量值分别为0.69°,0.67°,0.71°,0.68°,测量扩展不确定度为0.02°,该测量结果在设计容差(0.68±0.03)°之内。该光纤阵列准直器具有良好的准直特性,能够满足光纤通信系统中光纤阵列准直器小型化和集成化的需求。     

基于二维PSD的激光准直系统研究

提出了一种以二维位置敏感传感器(PSD)作为反馈元件来实现激光光束自动准直的设计方案,同时建立了测量控制系统的数学模型。经过测试与理论分析,激光光束的准直控制范围不大于20μm,且此准直系统具有结构简单、调节快速的特点,可以广泛用于零件形位误差检测与机械安装调试过程中快速建立光学基准。     

激光对中法在中子照相准直装置中的应用

介绍了利用莱赛L627激光对中仪及有机玻璃对中板建立对中光轴的方法,阐述了利用光轴及辅助对中工装对中子照相准直系统与堆M4孔道轴心的对中的调试方法,该对中方法具有成本低,使用方便、高效的优点.     

基于二维PSD的激光准直系统研究

提出了一种以二维位置敏感传感器（PSD）作为反馈元件来实现激光光束自动准直的设计方案,同时建立了测量控制系统的数学模型。经过测试与理论分析,激光光束的准直控制范围不大于20μm,且此准直系统具有结构简单、调节快速的特点,可以广泛用于零件形位误差检测与机械安装调试过程中快速建立光学基准。     

PCB无铅焊点检测的光源分析与优化设计

为了提高自动光学检查（AOI）系统的性能,应对无铅化制程的需要,本文对AOI光源进行了研究。首先,介绍了AOI光源的结构设计方法,光源由红、绿、蓝3种不同颜色,不同照射角度的LED阵列组成。然后,建立了光源的照度模型以及焊点的反射模型。最后,根据简化的照度模型对光源的几何参数进行了优化。仿真和实验结果验证了光源设计的有效性。     

THz脉冲电光采样自动平衡探测系统

利用平衡探测原理分析了1/4波片的光轴与渥拉斯顿棱镜光轴夹角大小的重要性,并设计了一个自动调整系统。系统以PIC18F2423单片机为控制单元,采用THz波双光束电光平衡探测方式,通过电动机专用驱动芯片L297和L298控制步进电动机旋转,调整1/4波片的光轴与渥拉斯顿棱镜光轴夹角的大小。试验结果证明,该系统实现了THz波探测时双光束自动平衡的功能,解决了THz-TDS系统中电光平衡探测的一个自动操作问题。     

新型旋转激光扫描系统轴系调整与误差标定

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的扫描光面型发生变化。针对此问题,研究了一种基于平行线的传递性的激光光轴姿态的调整方法,并借助激光跟踪仪测量平台,分别对光轴与转轴轴系进行拟合,建立了对光轴倾斜误差的标定方法。实验结果表明,调整后光轴与转轴轴线的空间夹角优于0.15°,完全满足扫描光截面中心直线度对激光入射柱镜的角度要求。该调整方案可用于系统的装配环节,使扫描光更加接近理想平面,有助于系统测量精度的提升。     

半导体激光器阵列光束准直和聚焦系统设计

给出条阵半导体激光器光束消像散准直、聚焦的方法以及折 /衍混合准直微光学阵列系统和聚焦光学系统的设计方法 ,并设计了一准直聚焦光学系统 ,准直精度达 3mrad～ 4mrad,聚焦光斑尺寸小于 2 0 0μm     

绝对式光栅尺母尺刻划曝光系统

提出了基于数字微镜器件(DMD)的双曝光头总体结构,该结构可同时刻划母尺的周期和非周期两个光栅码道。单曝光头包含曝光光源、调焦光源、DMD和投影镜头四部分,曝光光源由激光器、准直镜组、二维微透镜阵列和场镜组成。本文利用光学软件TracePro设计该光源,实现了能量的平顶分布,在14mm×10mm的照明面上均匀性达到95%以上。利用光学软件Zemax设计了工作在双波段(曝光光源0.403～0.407μm和调焦光源0.525～0.535μm)的共焦投影镜头,采用了二向色镜和分光棱镜使其能在曝光的同时进行实时调焦,优化后的系统在曝光波段和调焦波段均达到衍射极限,最大畸变为0.009%。与传统的光栅尺刻划技术对比,设计的曝光系统具有工艺简单、制作速度快、精度高等优势,可用于长、超长计量光栅的制作。     

极大望远镜光谱仪准直镜调节机构误差分析

针对极大望远镜宽视场光谱仪准直镜位姿调整机构的位姿机构调节误差问题,采用多体运动学理论分析机构运动学关系,利用矩阵微分法建立该调节机构误差模型,分析加工和装配误差对准直镜调节位姿误差的影响,并通过统计学软件SPASS对调节机构误差进行仿真研究。分析计算结果表明,根据现有设计和导轨滑台的选型及装配工艺,机构的装配和定位精度可以满足准直镜调节精度的需求。利用运动学原理对光学系统姿态调节系统误差分析方法可对镜面调节机构误差进行预判,提前获取调节机构调节精度,对光学仪器后期动态调节等工作具有指导意义。     

采用双调制方式测量消光比参数

提出了一种采用磁光调制与光源调制技术高精度测量偏振棱镜消光比参数的方法并建立了相应的消光比测量系统。首先,根据偏振光的琼斯矩阵描述方式推导了系统的测量模型;采用磁光调制方式,实现了待测偏振棱镜晶体光轴与起偏器晶体光轴夹角的高精度定位。然后,采用光学斩波器对光源进行方波调制,消除了各种噪声对系统测量精度的影响,使得系统在待测偏振棱镜实现光轴精确定位后能够准确测量光强值。最后,对待测偏振棱镜进行了多次测量并求取平均值。实验结果显示,对偏振棱镜消光比参数的测量精度为10-6,验证了提出方法的有效性和稳定性。该系统精度高、稳定性好、容易实现工程化,对偏振器件的性能检验和实际应用具有指导意义。