别汉棱镜光轴一致性检测与装调方法

针对在平行光路中无法检测别汉棱镜光轴和机械轴之间的位移误差问题,提出了位移误差检测方案,设计了别汉棱镜光轴一致性检测系统,包括检测光路和对照光路,这两条光路总长相等,MTF均接近衍射极限,根据设计的检测系统搭建检测光路,对口径为25 mm的别汉棱镜进行装调,先后在传统平行光路和本文所设计的检测光路中检测并调整棱镜光轴和机械轴之间的角度误差和位移误差,并使其最小,最终测得别汉棱镜的出射光轴与入射光轴的光轴一致性精度为±48″,将装调好的别汉棱镜和旋转轴系装入正式系统中装调,测得光轴一致性精度为±0.8个像素,达到像素级精度。本文提出的检测方法提高了在系统中装调别汉棱镜光轴的效率和精度。     

机载激光雷达测深系统定位模型与视准轴误差影响分析

根据机载激光测深系统扫描部分结构,针对圆镜偏轴卵形扫描方式,从光束发射方向出发,基于扫描结构轴向关系利用光线反射定律推导出激光出射方向向量,结合激光出射位置到海表点距离获得海面激光点坐标;依据光线折射定律,利用变折射率光线追踪算法推导出海底测深点坐标计算公式,建立海面激光入射点及海底测深点坐标严密计算模型。根据模型定位公式,分析扫描系统视准轴误差影响,通过数值模拟,分析扫描系统视准轴误差对定位精度影响,为扫描系统单体设备加工、装调、集成检校提供依据,为机载雷达测深系统提供海底测点精确计算、改正提供参考。     

会聚光路中别汉棱镜的位置误差对系统像跳影响的分析

本文针对别汉棱镜在系统的加工装调过程中,由于别汉棱镜的位置误差带来系统的光轴失调,引起像跳,直接影响系统瞄准精度问题,从理论上分析了各种误差因素对系统光轴的影响及计算公式,同时,根据实践经验给出了控制光轴失调应有的结构设计和装调工艺方法。     

旋转棱镜的准直

本文导出了用作转像的道威棱镜、别汉棱镜的一类光学元件的准直分析式。不适当的准直表现为棱镜旋转时系统视轴的章动。通过对棱镜轴、机械轴和光轴之间的特殊失调的分析来说明这种视轴章动误差。这种误差用数学式所描绘的形状类似于通常熟知的Pascal蚶线。这种独特的章动曲线被用来辨别和测量特殊失调,合理的准直应同时包括横向调整和角度调整。选择了适当的调整轴线,研究了准直过程。     

晶体光轴的不平行对Glan-Thompson棱镜性能影响分析

为了分析Glan-Thompson棱镜两部分光轴不平行对棱镜性能的影响,利用冰洲石晶体的双折射特性,得到了两类晶体光轴不平行时Glan-Thompson棱镜出射光束偏离角、消光比和透射比的理论计算公式.结果表明,晶体光轴的不平行不会对棱镜的消光比造成影响;而晶体光轴的横向不平行会对出射光束透射比产生一定影响;晶体光轴的...     

两段式双五棱镜光束平移系统精度研究

在光学扫描和光电检测系统中,为了实现远距离、大范围光束平移的目的,对由双五棱镜构成的光束平移系统进行精度分析,并利用自准直法对系统的平行性精度进行测试。其组件中两个五棱镜摆放位置相对于理论位置存在误差,导致系统中出射光与入射光不平行,利用自准直法对系统进行光学装调,以保证出射光与入射光的平行性。但该平移组件在工作时通过转动副绕入射光轴旋转,系统会相对于某一机械轴产生转动误差,导致双五棱镜系统坐标转换矩阵发生变化,出射光与入射光不再平行。通过分析五棱镜的方位误差和系统整体的转动误差与系统误差之间的非线性关系,建立数学模型,并利用仿真实验加以验证理论分析的正确性,最后提出减小系统误差的解决方案,将其组件平移精度控制到10″以内,为棱镜在光束折转时的误差分析提供借鉴。     

离轴棱镜对的光线传输特性

采用几何光学的方法分析了离轴棱镜对在不同离轴偏移量的情况下光线的传输特性.通过光线追踪技术建立了离轴棱镜对内光线传输的数值模型,得到离轴偏移量d与棱镜斜边L的数值关系.讨论了3种情况下棱镜对问光线传输次数、传输方向和分布特性.结果表明,当d=L/2n(n=1,2,3…)时,光线在棱镜对内等间距的传输便于增益的均匀提取,更有利于光线在板条状增益介质中的多程传输与放大.     

基于Levenberg-Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正

针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题,提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型,在全视场区域内均匀选取若干点,比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差,通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后,指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad,平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad,并且当俯仰角较小时,修正效果较好;在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后,最大指向偏差变为1.51 mrad,平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度,对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。     

偏振干涉成像光谱仪中的格兰泰勒棱镜透射比

透射比是评价格兰泰勒棱镜性能优劣的一个重要指标,分析了偏振干涉成像光谱仪中重要偏光部件即格兰泰勒棱镜的分光机理,运用光线追迹方法,推导出了晶体光轴不平行时棱镜透射比精确理论计算公式;通过计算机模拟对其传输特性进行了详尽分析,得出了系统透射比随晶体光轴倾斜角和波长变化的关系曲线;给出了在满足系统透射比条件下格兰泰勒棱镜晶体光轴误差被限定的有效区间范围。这一结论为偏振干涉成像光谱仪的优化设计提供了理论指导和技术支持。     

平面光学零件的平行差对平显光学系统成象的影响

本文主要讨论平显光学系统中胶合分光棱镜和组合玻璃的平行差对成象的影响.平行差不仅使光轴偏离正确位置,而且,由于光线在零件内多次折反射,还有可能在视场中产生副象.为此,推导出了光轴偏角(?)的计算公式,一次副象光线和主象光线夹角(?)的计算公式.该公式为我们制定平面光学零件的平行差提供了可靠根据.     

晶体二向色性对波片性能的影响

为了更好地在晶体具有二向色性的波段使用波片,采用矩阵光学的方法,分析了晶体的二向色性对λ/4波片产生圆偏光、λ/2波片使偏振面产生旋转以及出射光振幅的影响,当线偏光光矢量与波片快轴成45°入射时,由于晶体的二向吸收,通过波片后的光不是圆偏光而是椭偏光,只有在满足条件时才能得到圆偏光,而且振幅变小;对于波片,考虑二向吸收后,线偏光光矢量的旋转不再是入射光矢量与波片快轴夹角的2倍关系,光矢量的旋转角度和振幅的变化是二向吸收系数及入射光矢量与晶体光轴夹角的函数。结果表明,晶体的二向色性对波片性能的影响是不容忽视的,在器件使用中应该引起人们的注意。     

像旋扫描在红外成像系统中的应用研究

分析了采用像旋扫描原理扩大视场的途径,并建立了一个二次成像结构的设计模型.采用别汉棱镜作为像方一维扫描器件,并通过偏置致冷型中波红外探测器,实现了光学系统出瞳与冷光阑的完全匹配.此外,采用光学被动消热差以保证不同温度下的像质.该模型的相对孔径为1∶3,波长为3.7～4.8μm,焦距为34 mm,视场为士20°.通过采用...     

基于棱镜的红外目标模拟器光学系统研究

针对某型装备测试仿真用中波红外目标模拟器,研制配套透过率高、空间均匀性好、结构紧凑的高性能红外光学系统,以满足模拟器总体设计指标和具体使用需求。根据DMD核心器件红外光调制工作原理,采用了基于TIR(全内反射)棱镜的中继光学子系统,从DMD转动夹角的限制出发,利用光学全反射定理,采用最小的角度空间设计,用一对光学棱镜使照明系统入射的光线与DMD反射的光线分开,在折衍混合式红外成像光学子系统设计匹配下,该光路系统相比反射式光路镜组结构紧凑,相比透射式棱镜方式能量透过率高。在经过光路设计仿真验证的基础上,开展了光学机械设计和研制加工及测试,最终红外光学镜组成功应用到红外目标模拟器研制中,满足了模拟器总体指标体系要求和使用需求,取得了良好效果。     

光纤F-P传感器偏振互相关解调中光楔参数的影响研究

对光纤法布里-珀罗(F-P)腔长偏振互相关解调法中的双折射光楔进行了理论和实验研究,建立了双折射光楔对干涉光程差影响的数学模型,并进行了数值仿真。仿真结果表明,当楔角为4°时,要保证楔面内任意点处的光程误差在15nm以内,入射角应小于0.3°,光楔光轴倾斜应小于0.8°,楔面垂直度误差应小于0.15°。采用光楔进行了偏振光干涉实验,实验干涉条纹与理论条纹基本一致,实验干涉条纹的倾斜度与理论倾斜度相差0.02°。     

基于一体化轴系的消像旋组件设计

介绍了一种基于一体化轴系设计的棱镜消像旋组件,以及光学装调方法.该组件可用于机载光电雷达、车载周视瞄准仪等光学系统中,解决了光学系统像方图像旋转的问题.该组件采用一体化轴系设计,即在主轴上直接加工出轴承内圈沟道;主轴、滚珠、保持架与轴承外圈一体化装配.同时棱镜组件可以在主轴内实现一维调整,以确保棱镜视轴与机械轴的重合....     

金属银掺杂光子晶体的缺陷模

引入消光系数并利用特征矩阵法,研究了一维银掺杂光子晶体的反射光和透射光中TE波和TM波的缺陷模随入射角和银的光学厚度的变化规律.得出:在反射光中TE波和TM渡都出现了明显的缺陷模,缺陷模随入射角的增加而减弱,而缺陷模不随银的光学厚度的变化而变化.在透射光中TE波和TM波出现了很弱的缺陷模,缺陷模随银的光学厚度的增加而迅速消失.

Abstract：

By leading into the extinction coefficient and making use of the characteristic matrix method,the defect mode of TE wave and TM wave of Ag doping photonic crystal are studied in reflected light and refracted light.In reflected light,there are obvious defect modes of TE wave and TM wave,and the defect modes decrease with the increment of incident angle,but does not change with the optical thickness of Ag.In refracted light,there are very weak defect modes of TE wave and TM wave,and they decrease quickly with the increment of the optical thickness of Ag.     

光电编码器与棱体轴线平行度对转角误差的影响

光电轴角编码器轴线与棱体轴线不平行会降低转角误差测试结果的置信度,为了减小光电轴角编码器转角测试误差,将由光电轴角编码器轴线与棱体轴线不平行引入的转角测试误差控制在光电轴角编码器转角误差的1/3~1/5以内,建立了由光电轴角编码器轴线和棱体轴线平行度引入的转角测试误差数学模型及Y向偏置数学模型。由仿真结果可知,光电轴角编码器转角测试误差和Y向偏置随转角的增大呈现周期性变化,周期分别为和2,棱体轴线倾斜方向相同时,两轴线夹角越大,转角测试误差峰值和Y向偏置峰值越大,两轴线夹角相同时,棱体轴线倾斜方向大小只会改变转角测试误差曲线和Y向偏置曲线相位,不会改变曲线形状。根据多面棱体-自准直仪法对建立的数学模型进行了实验验证。实验结果表明:测试结果与数学模型具很好的自洽性。在实际测试中,对转角误差进行预先测试,绘制偏置曲线并对曲线进行最小二乘法拟合,求取平行度与倾斜方向,根据倾斜方向调整两轴线平行度大小,直到误差峰值满足测试要求。     

摆扫式面阵CCD航空相机的像旋转分析

航空相机在进行拍照时,通常采用45°扫描反射镜绕光轴摆扫或步进,进行多行迹摆扫式拍照,以增大对地面景物的观测范围,但当扫描镜绕光轴旋转对物体进行观测时,物体反射像也将绕轴进行旋转,目标相对探测器(CCD)产生了像旋转。通过运用光线矢量与光轴旋转变换的方法,建立了相机的数学模型。根据该模型,针对扫描反射镜旋转所产生的像旋转,利用光学矩阵建立了扫描镜转角与像旋转角之间的关系,对比各种消除像旋方法的优缺点,提出了采用扫描镜与像面旋转机构同步旋转结合的方法实现消除像旋,为工程设计提供了必要参考。     

光学连续闭环光电编码器误差检测系统

为了解决光电编码器误差检测精度低、光机结构复杂、检测周期长等问题,利用自准直仪与多面棱体的光学小角度测量原理及转角互逆双轴转台的连续误差检测方法,建立了光学连续闭环光电编码器误差检测系统;采用多体系统理论与相对位姿矩阵变换方法,建立了双轴转台全误差模型,分析了固定误差和可变误差对系统的影响;利用标定自准直仪与23面棱体对检测系统进行了校准,并利用高精度光电编码器与系统进行了精度对比验证。结果表明:检测系统的双轴回转精度满足数值仿真计算要求,系统精度可达0.38″,测量不确定度为0.2″（k=2）,系统检测精度与实际编码器出厂时标定的准确度基本一致,验证了光学连续闭环光电编码器误差检测系统实现高精度和全圆周连续误差检测的可行性。     

利用全反射原理精确测量棱镜折射率

依据全反射原理和自准直测角法,实现了对棱镜折射率的精确测量。通过使用高准直半导体激光器将激光入射到棱镜内部与空气分界面上,逐步旋转棱镜或改变棱镜的入射角,得到待测棱镜的反射光强随入射角变化曲线。在曲线左侧收尾处出现一个台阶,其反射光强随入射角增大迅速衰减。全反射临界点,对应的入射角为全反射角。用两次自准直测角法精确测量棱镜底角。通过该方法,分别对两块不同棱镜的折射率进行了测量,测量棱镜折射率精度为±1.24×10-4。