典型形状飞行器反射光强的计算

用光学系统探测和跟踪各种飞行器时,对目标的可测性(作用距离),系统的信噪比起至关重要作用的物理量是飞行器在探测方向上的光强或辐射强度。它除了与入射光的照度或辐照度、飞行器表面的反射率、飞行器形状有关以外,还与入射光、观测方向和飞行器三者之间的几何关系有关。本文分别对平面、球面、圆柱面和圆锥面等典型形状计算了不同几何关系下的反射光强,然后计算了火箭形状飞行器的反射光强。     

线阵CDD光电参量测试系统的研究

讨论了线阵CCD光电参量测试系统的标定、调试以及CCD光电量的测量方法。重点进行了以下几个方面的讨论:积分球光源色温标定原理、方法及结果验证;线阵CCD光电参量测试系统的调试与标定(用标准探测器标定辐照度,用标准探测器标定参考探测器,用参考探测器标定辐照度,积分球出射光均匀性校正);线阵CCD各光电参量测量方法及计算程序.     

线阵列硅探测器多通道光谱仪性能评价研究

研究和讨论了线阵列硅探测器多通道光谱仪的性能及实验评价。在完成可见一近红外平谱面多色仪调试、线阵列硅探测器的驱动电路及触发电路设计、微机系统接口与软件开发的基础上,进行了以下几方面研究和讨论:对多通道光谱仪各谱带的中心波长、光谱带宽及光谱范围进行了定标,并分析和讨论定标误差、光谱分辨率及辐射响应;光谱辐射定标:以光谱辐照度(或辐亮度)标准建立探测器各元的数字响应与入射辐照度(或辐亮度)的关系,并分析和讨论辐射动态范围,辐射定标误差和线阵列硅探测器各元响应不均匀性;分析和讨论多通道光谱仪的杂散光特性;最后通过数据处理得到了两种材料的光谱分布,并与用分光光度计测得的结果进行了比较。     

FY-3C卫星紫外臭氧总量探测仪的在轨替代定标

风云三号气象卫星C星(FY-3C)搭载的紫外臭氧总量探测仪因太阳辐照度观测值异常而无法进行常规在轨星上定标,导致臭氧总量产品无法正常生成。在研究了风云三号气象卫星B星(FY-3B)TOU辐照度观测数据的特点以及仪器衰减规律后,结合FY-3C/TOU辐照度和辐亮度实测数据,探索了基于晴空海洋像元观测值计算仪器的衰减系数法。本文选取受陆地气溶胶影响较小的热带太平洋海区,用矢量辐射传输模式模拟云量较小的像元对应的晴空辐亮度,比较观测值与模拟计算值,通过统计筛选晴空像元,估算FY-3C/TOU探测器随时间的衰减系数。在确定仪器衰减系数后对FY-3C/TOU历史数据进行处理,反演获得了全球臭氧总量并与WMO/WOUDC地基观测数据进行对比。结果表明,基于晴空辐亮度估算的仪器衰减系数进行的臭氧总量反演的均方根误差在5%以内。在星载紫外探测器星上辐射定标失败的时候,可以利用晴空海洋像元确定仪器的定标系数。     

用于太阳电池测试的太阳模拟技术

为了提高太阳模拟器的性能,更准确地测试太阳电池的特性参数,对模拟器的光源辐照利用率、辐照均匀度、辐照度与辐照稳定性的控制进行了研究.选取同轴光学系统结构作为模拟器光学系统,通过改进光学系统的结构排布,增加光积分器等方法,改善光源辐照利用率与辐照均匀度;在分析现役模拟器控制线路的基础上,采用光反馈技术对控制线路进行重新设计,提升系统对辐照度与辐照稳定性的可控性.实验结果表明:新型的太阳模拟器能有效地控制辐照度与辐照稳定性,在直径250 mm范围内,标准光强为1000 W/m2的条件下,辐照均匀度为2.5%,辐照稳定性＜1%,较大地改进了太阳模拟器的性能.     

光电成像系统的性能优化

探讨了光学系统和阵列探测器构成的光电成像系统的整体性能和优化设计问题。针对阵列探测器的不断快速更新换代,研究了如何对光学系统进行改进以优化光电成像系统的性能。从采样成像系统的取样定理出发,研究了光电成像系统的传递函数特性,讨论了采样成像系统的相位平均传递函数,分析了光电成像系统的加工与使用误差对传递函数的影响。同时,给出了光电成像系统的信噪比计算公式。文中提出用于遥感观测的大型光电成像系统的光学系统传递函数的归一化空间频率等于0.5左右可与阵列探测器的奈奎斯特频率相匹配。结果显示,如此设计可在满足信噪比的同时使传递函数在奈奎斯特频率处达到0.1左右,分辨率达到奈奎斯特频率并且不产生频谱混叠效应。     

光学系统的热噪声控制

杂散光分析与利用Y、Y图的第一阶段设计一道进行.对于几何成像以及杂散光控制,可同时使系统性能达到最佳.把冷光阑放在要害位置上,减少到达探测器的杂散光及热噪声.因此,提高了红外光学系统探测器的性能.     

光学系统的热噪声控制

杂散光分析与利用Y、Y图的第一阶段设计一道进行。对于几何成像以及杂散光控制，可同时使系统性能达到最佳，把冷光束放在要害位置上，减少到达探测器的杂散光及热噪声，因此,提高了红外光学系统探测器的性能。     

紫外ICCD辐射定标的研究

国内至今尚未见有紫外增强型CCD(UV-ICCD)探测器定标的相关研究报道,为保证紫外测量数值结果的准确性和电力电晕探测等应用提供直接的技术支持,有必要对UV-ICCD的辐射定标技术进行研究,以建立输入辐照度和探测器数字化输出之间的响应特性。推导了辐射定标的原理,并对UV-ICCD探测器进行了基于标准氘灯的辐射定标,标准光源由美国国家标准和技术研究所(NIST)标定,其不确定度为5％。实验标定了在固定积分时间和MCP增益情况下UV-ICCD探测器的响应以及UV-ICCD探测器响应与MCP增益之间的关系。初步的定标数据显示,UV-ICCD探测器的响应是线性的,MCP增益与输出的图像平均灰度值成正比。最后,对影响定标结果的不确定度进行分析,分析结果表明辐射定标的最大误差约为7.94％,满足精度要求。     

红外光学系统的热噪声控制

本文阐述了对杂散光的分析与利用以及几何成像杂散光的控制，对如何使了佳，减少到达探测器杂光及光噪声，提高红外光学系统探测器性能进行搪塞。     

高精度保偏光纤拍长测试

基于光相干域偏光测试技术,提出了一种高精度的保偏光纤拍长测试方法,实现了不同结构、不同尺寸保偏光纤的拍长测试。阐述了光相干域偏光测试技术原理并推导出测量方程;以迈克尔逊干涉仪为基础建立了测试系统并采用调制解调技术实现了信号的高精度检测。实验结果表明,系统的测量精度为0.01 mm。在此系统上进行了测试精度和重复性研究并对不同结构和尺寸的八种保偏光纤进行了实际测量,拍长测量精度和重复性均优于0.01 mm。     

偏振场景目标探测的建模与仿真

针对用光学遥感技术探测复杂场景下的目标时,真实环境下的目标、背景反射以及大气气溶胶辐射之间具有相当大的互干扰性,本文研究了偏振场景目标的建模与仿真技术。介绍了偏振场景仿真的光学理论与偏振模型基础,对Priest-Germer模型进行了数值仿真与分析。基于Priest-Germer模型,开发了偏振视景目标探测仿真软件,给出仿真软件的设计思想和软件框架。介绍了偏振双向分布反射函数模型,给出其偏振形式的Stokes表达式并进行数值仿真分析。给出了两种目标模型分别赋予两种不同表面材质时在440nm和600nm波长辐照条件下的4组偏振仿真实验及偏振图像的灰度直方图,并进行比较和分析,结果表明:基于Priest-Germer模型的偏振仿真软件对目标、辐照波长、材质具有较高的敏感性,能够提供较好的分辨和识别能力。     

基于弹光调制的偏振态测量方法

偏振编码是利用光信号的偏振态承载信息进行编码,旨在解决高速光纤通信中非线性效应和偏振模色散等问题。本文提出了基于弹光调制器的偏振态测量方法,该方法不仅保留了原有弹光调制器偏振测量的优点,并且克服了现有方法无法用阵列探测器有效采集信息及调制频率高等缺点,同时给出了Matlab模拟仿真及实验验证方案。理论分析、模拟仿真及实验验证了该方法的可行性。测量结果的误差分析表明,该方法能满足测量要求,这为偏振编码在高速光纤通信中的应用创造了条件。     

基于保偏镜组的外差干涉测量几何误差分析

角锥棱镜由于本身缺陷会导致失偏效应。在平面镜外差干涉仪中,使用一种保偏反射镜组替代角锥棱镜,以减小外差干涉仪的非线性误差。根据这个平面镜外差干涉仪的基本光路图,基于偏振分光棱镜和角锥棱镜的基本光学特性,分析了平面镜外差干涉仪中3个偏振分光棱镜偏摆角、仰俯角和滚动角,保偏反射镜组中2个偏振分光棱镜之间的间距和角度,以及角锥棱镜的偏摆角和仰俯角等误差对干涉仪的影响。推导出外差干涉仪中各个光学元件的最大安装误差,并规定好其加工精度,确保外差干涉仪性能。     

透射式旋转对称光学系统中的偏振像差分析

摘要：为了控制透射式旋转对称光学系统中的偏振效应,提高系统的光学性能,对透射式旋转对称光学系统中的偏振像差进行了分析。首先,在偏振像差理论的基础上,通过偏振光线追迹的方法,导出透射式旋转对称光学系统的偏振像差的计算公式。然后,对影响其偏振像差的因素进行了分析,提出了透射式旋转对称光学界面产生的偏振像差的影响因子,给出了该影响因子与入射角之间的关系曲线图。最后举例进行了分析。分析结果表明,对于具有宽光谱、大入射角、大视场等特点的透射式旋转对称光学系统,要想提高其光学系统的性能,必须控制光学系统的偏振像差。提出尽可能减小入射角的大小,将薄膜设计和光学设计结合起来、通过减小偏振分离的方式来降低系统中的偏振效应,是控制透射式旋转对称光学系统中的偏振像差的有效措施。     

The effect of detector size on the extinction coefficient in confocal polarization microscopes

We consider the effect of detector size on the polarization extinction coefficient in three geometries of confocal microscopes. We find that a single mode optical fibre-based reciprocal system employing circularly polarized light offers great ease of alignment together with an extremely high extinction coefficient.     

Simple and simultaneous measurement of five-degrees-of-freedom error motions of high-speed microspindle: Error analysis

We have developed a simple and low-cost optical measurement system for the simultaneous measurement of the five-degrees-of-freedom error motions of high-speed microspindles. We demonstrated the usefulness of the system by using it to measure actual spindle rotation errors, and analyzed the major error factors. First, the measurement error due to the form error of the lens was analyzed by ray tracing. Second, we analyzed the measurement error due to a displacement of an irradiation laser point on a 3 mm diameter ball lens. Furthermore, we investigated the effect of the centrifugal force and the crosstalk problem of multiple laser beams. The results indicated that a form error of the rod lens significantly affected the measurement accuracy and that a change in the laser beam irradiation point of the ball lens due to a radial displacement had no significant effect on the measurement accuracy. Finally, we confirmed that, owing to the centrifugal force, the measurement accuracy decreased as the speed of rotation increased, and that there was no crosstalk that the reflected and transmitted laser beams in the X direction were detected by the photodiode in the Y direction for displacements within −10 to 10 μm.     

航空多角度偏振辐射计信噪比估算与测量

为精确评估航空多角度偏振辐射计的性能,分析了航空多角度偏振辐射计的信号与噪声,给出了估算其探测器信噪比的过程。介绍了航空多角度偏振辐射计的工作原理,推导了探测器信噪比与系统信噪比的估算表达式。结果显示:系统信噪比与强度信噪比成正比,探测器信噪比需求与偏振探测精度成反比,航空多角度偏振辐射计的探测器信噪比应不小于245,得到的结果弥补了一直以来偏振遥感仪器只计算探测器信噪比的不足。最后,根据推导的表达式,通过矢量传输模拟估算了用航空多角度偏振辐射计探测典型场景时的探测器信噪比与系统信噪比,并在暗室中利用积分球与偏振盒进行了测量。结果表明,航空多角度偏振辐射计各个探测器的信噪比均满足偏振探测的需求。     

四象限红外探测器光电参数测试技术研究

针对四象限红外探测器的特点,设计了基于双光路替换法的光学系统。该系统可测试探测器的脉冲响应灵敏度、光电响应均匀度以及相邻象元之间的串扰并可以有效地避免光源输出功率波动和光学分光器件分光比的测量不确定度等因素带来的误差,在相同的硬件条件下可实现更高的测量精度。实验结果证明:该测量系统具有较低的测量误差(≤5%),并且结构简单紧凑,可适用于对光源要求较高的检测系统进行实时检测。     

偏振导航传感器测角误差分析与补偿

借鉴沙漠蚂蚁等昆虫利用天空偏振模式进行导航的方法,设计了偏振传感器来获取导航系统的航向角。为提高偏振传感器的测角精度,研究了影响偏振传感器测角精度的误差因素与补偿方法。讨论了如何利用偏振传感器从天空偏振模式中提取偏振方位角信息的方法,分析了影响偏振测角精度的主要误差因素,建立了偏振传感器的测角误差模型。根据测角误差模型,推导了偏振方位角的解算方法,并利用最小二乘算法,通过估算模型的误差参数值间接补偿测角误差。最后,采用提出的误差补偿算法在晴朗天气下进行了实验测试。测试结果表明：误差补偿后测角精度得到明显提高,约为0.17°（3σ）。实验结果验证了提出的误差补偿算法可以实现对角度误差的有效补偿。