库德光路的五棱镜安装方法

为实现库德光路的快速高精度装调,提供了一种基于自准直原理的五棱镜安装方法,给出了库德光路的原理和安装方法,并对组装后的库德光路进行误差分析。得出应用此方法安装库德光路的光学静态误差在15″以内,满足一般库德光路的技术要求。因此,此方法不仅可以适用于库德光路,对反射镜的安装也有一定的借鉴和参考。     

库德光路光束指向稳定性分析

库德光路光束指向稳定性是保证激光测距机光轴指向精度的关键因素,通过坐标变换建立了一种可以从空间角度表征光束指向稳定性的动态方法,解决了大型激光测距机库德光路系统误差对光学系统影响的问题,将库德光路系统误差与光束指向有机地结合起来,以某地平式激光测距机为研究对象,建立了库德光路光束指向的动态误差模型。将CCD 固定在库德镜5 的安装接口处,并与图像采集卡组成图像采集系统,直接对库德光路激光光斑进行采集,获得了精度较高的光束指向动态误差数据。利用实测数据对光束指向的动态误差模型进行了最小二乘拟合,由此标定出了该设备库德光路光束指向的动态特性,为设备系统误差的修正工作奠定了基础。     

扫描干涉场曝光光束自动对准及其收敛性分析

光束自动对准技术是扫描干涉场曝光系统中的关键技术之一,两曝光光束位置与角度的重合程度直接影响所制作光栅掩模的槽型质量。针对光束对准过程中光束调整的两个运动维度之间存在相互耦合的情况,推导了存在耦合时对准算法的收敛条件,并分析了光路中反射镜与解耦平面之间存在的装调误差对对准性能的影响。分析得出,装调误差降低了光束对准系统性能,甚至导致对准算法发散,通过调节光路中反射镜M_2和解耦平面的距离L_2与反射镜M_1和解耦平面的距离L_1的比值L_2/L_1可以优化系统的收敛性能。实验结果表明,当L_2/L_1较大时对准系统调节性能较差,收敛速率较低;当L_2/L_1较小时光束对准系统可以快速地收敛到目标位置,有效地对光束进行对准调节。推导证明与模拟分析可为光束对准系统以及整个曝光光路的设计提供理论指导。     

特种器件双面曝光机的光学系统

本文主要介绍了新型的光学对准系统和双光路曝光系统，对两部分光学系统在设计、加工、装调中所考虑的问题以及难点和解决途径分别作了详细的论述，并且给出了设计结果。     

小口径反射式光学系统装调方法研究分析

在红外光学装调系统中,镜片间距是需要精密控制的重要装调参数。由于反射镜在红外光学系统中通常为折转光路,传统装调方法无法直接应用,所以高精度光学系统一直着重关注折转光路中距离的装调方法。文章提出了两种折转光路距离的装调方法,即接触式装调与非接触式装调。针对这两种装调方法,使用了小口径反射镜进行了实例验证。并对比两种装调方法的结果,分析得出两种装调方法的优劣性。     

基于蒙特卡洛模拟法的红外光学系统公差分析

在研究了蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟的概念、方法和基本步骤的基础上,讨论了蒙特卡洛模拟在红外光学设计中的应用。运用光学设计软件CODE V进行了中波红外光学系统的蒙特卡洛模拟实例计算。模拟结果表明:用蒙特卡洛模拟法进行公差分析,不仅可以在满足设计要求的前提下使系统的加工和装调公差得到合理分配,还可以正确地预测生产结果,判断设计的合理性。     

稀疏孔径望远系统的装调检测与模拟分析

针对一个Golay3结构的稀疏孔径望远系统,结合其总体结构及各部分组成光路的特点,提出了一种全光学系统装调方法,首先利用数值计算方法分析了光学系统各组成部分装调误差引起的系统像差,确定了影响装调质量的误差分布情况,并在此基础上,规划了整个稀疏孔径系统装调步骤。装调完成后,利用干涉仪进行了检测,结果显示该系统各组成部分的波前误差RMS值均优于λ/8(λ=633 nm),装调结果表明该稀疏孔径望远系统满足理论设计指标,能够达到工作要求。     

轻小型长波红外光学系统的设计及实现

无人机载光电吊舱对其载荷体积重量的要求苛刻,为了满足8～12.5 μm红外探测需求,设计并实现了一种轻巧紧凑的长波红外光学系统。系统F数为2,口径为150 mm,总视场为2.34°。光学系统采用二次成像折反射式结构,将常用的卡式主系统简化为折叠牛顿式主系统,将球面次镜简化为平面镜折叠光路,轴外像差通过非球面校正镜组校正。主系统采用全铝光机结构,结合后光路的光机材料匹配,在工作环境温度范围内,光学设计传函高于0.41@17 lp/mm,具有100%冷屏效率,而体积仅为Φ152 mm×125 mm。整机装调后,全视场传函高于0.24@17 lp/mm,像质清晰,满足预期。光学系统设计巧妙、结构轻小紧凑、加工装调成本低。设计思路和研制方法可为类似应用的无人机载光电吊舱长波红外仪器的光学系统提供参考。     

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。     

大口径离轴反射式星模拟器光机结构设计

根据高精度星敏感器地面测试任务中模拟无穷远处目标星体的实际应用需求,针对常规星模拟器体积庞大,装调及校准困难等实际问题,设计了一种大口径、长焦距、可实现自准直功能的离轴反射式星模拟器光机结构,用来模拟无穷远处的恒星所发出的平行光。采用离轴反射式光学设计,避免中心遮拦。采用光管焦面分光方式,通过半透半反式分光镜的反射与透射功能实现光路的传递,压缩了镜筒长度;通过探测器接收分光镜透射的光像可直接辨别光学系统的准直性能,便于装调,且方便后期使用与校准;采用顶丝调节姿态降低了装调难度。实际测试结果表明:光机系统的入瞳口径210mm,出瞳距离2100mm,整机的系统波像差(rms)测量值为0030 λ,可精确模拟0～7等星,工作波段500～800nm,满足当前对高精度星敏感器的标定技术指标要求,为星模拟器的高效快速研制提供了一种设计方法。     

地基大口径望远镜库德光路误差建模

为更好地实现地基大口径望远镜库徳光路的集成装调，在三个层次上对其误差进行分析，并利用Brownian Bridge过程建立了库徳光路误差模型。首先，基于光径方程分析了库徳光路在大气扰动影响下的光线偏离情况；其次，分析了动态误差所引起的光学模糊以及重力作用下的累积印透效应；最后，根据Brownian Bridge过程，在充分考虑误差闭合链的情况下，建立了库徳焦点位置误差的模型。结果表明:即使在0.4℃/m的温差下，大气扰动也可以引起0.2左右的偏差，且与2.3 mm的大气相干长度等效。同时，由于折光补偿的符号是一致的，故无法依靠多次测量平均抵消大气扰动的影响。根据改进的误差模型，库徳焦点的位置误差与基于独立同分布的假设所得的结果相比，降低了约20%，即更充分地考虑了误差闭合的情况。     

用于LED均匀照明的自由曲面菲涅耳TIR透镜光学设计

为了提高透镜的散热能力,设计了一种新型全内反射（TIR）透镜,该透镜的出射面中央为自由曲面菲涅耳面。采用斯涅尔定律和全反射定律分别求解TIR透镜折射部分和反射部分自由曲面的面形。同时,采用一种菲涅耳透镜的普适设计方法将折射部分自由曲面转变成菲涅耳面。通过蒙特卡洛光线追迹模拟自由曲面菲涅耳TIR透镜的照明效果,结果显示:当光源尺寸为2 mm×2 mm时,其远场照度均匀性为82%,光效为96.6%,透镜质量为21.94 g。与未加菲涅耳面的TIR透镜相比,带自由曲面菲涅耳面的TIR透镜在光效仅下降2%,在照度均匀性未变的情况下,透镜质量减少了约20%。这说明对TIR透镜的自由曲面出射面进行菲涅耳化可明显地缩小透镜的体积和质量,缩短光线在透镜内部的光程,因此可有效提高透镜的散热效率和使用寿命,同时保持良好的照明效果。     

激光器与单模光纤球透镜耦合的蒙特卡洛分析

为了研究半导体激光器与单模光纤在采用球透镜耦合方式的封装过程中不同耦合参量对耦合效率的影响,建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型。基于ABCD矩阵和高斯光束与单模光纤耦合理论,计算了半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合效率,以光功率下降0.5dB为评判标准,给出了在透镜半径为0.5mm时的各参量容忍度。采用蒙特卡洛分析方法,结合耦合效率计算模型,模拟仿真了各参量满足正态分布时的耦合效率分布状况。结果表明,能达到的最大耦合效率为0.616,最大概率耦合效率为0.585,参量区间缩小一半对耦合效率的提升较明显,但进一步缩小参量区间对耦合效率的提升不明显。此研究方法对激光器件封装过程中的对准单元精度选取与耦合效率预估具有指导意义。     

Implementation of the Longstaff and Schwartz American Option Pricing Model on FPGA

American style options are widely used financial products, whose pricing is a challenging problem due to their path dependency characteristic. Finite difference methods and tree-based methods can be used for American option pricing. However, the major drawback of these methods is that they can often only handle one or two sources of uncertainty; for more state variables they become computationally prohibitive, with computation times typically increasing exponentially with the number of state variables. Alternative solutions are the extended Monte Carlo methods, such as the Least-Squares Monte Carlo (LSMC) method suggested by Longstaff and Schwartz, which uses of regression to estimate continuation values from simulated paths. In this paper, we present an FPGA hardware architecture for the acceleration of the LSMC method, with Quasi-Monte Carlo path generation. Our FPGA hardware implementation on a Xilinx Virtex-4 XC4VFX100 chip achieves 25× and 18× speed-ups in the path generation and regression steps, respectively, compared to an equivalent pure software implementation captured in C++ and run on an Intel Xeon 2.8 GHz CPU. This provides overall speed-up of 20× compared to a CPU-based implementation. Power measurements also show that our FPGA implementation is 54× more energy efficient than the pure software implementation.     

红外光源辐射特性的蒙特卡洛模拟

为满足红外跟踪仿真的高精度、高稳定性设计要求,本文基于蒙特卡洛算法针对红外光源的辐射特性进行了模拟仿真研究。首先,介绍了系统结构和工作原理。接着,以蒙特卡洛方法为基础,对钨丝灯圆柱体光源进行建模,给出光阑处的辐照度精确分布,为建立光阑通光口径的非线性控制函数提供依据。然后,分析了不同条件下蒙特卡洛算法的准确度,并研究了装配位置对系统光能利用率的影响。仿真结果表明:在旋转抛物面反射镜的焦点外存在一个最佳的光源装配位置;在装配过程中,允许的轴向偏移为0.1 mm,垂轴偏移为0.1 mm,角度偏移为2°。该系统满足了红外跟踪仿真的稳定可靠、高精度要求。同时,本文所采用的分析方法对其他红外光源的优化设计也有借鉴作用。     

Electron–Hole Recombination in Uniaxially Aligned Semiconducting Polymers

A promising, general strategy for improving performance of optoelectronic devices based on conjugated polymer semiconductors is to make better use of the fast intrachain transport along the covalently bonded polymer backbone. Little is known, however, about how the recombination rate between electrons and holes would be affected in device structures in which current flow is primarily along the polymer chain. Here a light‐emitting field effect transistor (LFET) structure with a uniaxially aligned semiconducting polymer is used to show that the width and shape of the recombination zone depend strongly on polymer alignment. For alignment of the polymer parallel to the current the emission zone is 5–10 times wider than for perpendicular alignment. 2D drift‐diffusion modeling is used to show that such significant widening of the recombination zone in the case of parallel alignment implies that the recombination rate constant is more than 100 times lower than expected for standard Langevin recombination. On the basis of Monte Carlo modeling it is proposed that such unexpected weak recombination is a result of the significant mobility anisotropy of the aligned polymer. These results provide new fundamental insight into the recombination physics of polymer semiconductors.     

激光与经纬仪高精准对接技术

激光发射系统中激光与经纬仪高精准对接保证了激光的高精度定向发射,针对激光器与经纬仪机下对接方式,从理论上建立整体坐标系下基于库德光路传导激光的库德镜空间归一化模型,精确标定激光在各库德镜空间中的位置及其变化,通过该模型提出内场分级、外场秒级的激光与经纬仪高精准对接技术,结合某长波激光发射系统进行实验验证,可实现激光与经纬仪2以内高效精准对接,从工程上验证了该技术的正确性和实用性,为该类型激光对接提供了技术支撑。     

基于图像处理的光电传感器光路检测与调整方法研究

提出了一种基于图像处理的反射式强度调制型光电传感器光路调整方法.考虑了光源光阑等器件对光路的影响,利用面阵CMOS器件采集传感器出射光斑的图像,并通过图像处理的方法分别计算光斑的几何中心与能量中心,得到偏心误差值,以此为依据调整传感器光路,达到改善光斑光强分布的目的.文中对测量系统、调整方法、光斑参数计算等做了详细说明,并给出了调整前后的光斑图像.试验结果表明,这种方法的测量原理简单、测量精度高,可以有效地改善传感器的光强分布状况.     

大气散射对激光角度欺骗干扰影响的研究

根据光的粒子性,用蒙特卡罗法构建单个光子在大气传输中的散射模型,研究大气散射对激光角度欺骗干扰效果的影响.结果表明:①非对称因子、大气传输距离和消光系数等对干扰脉冲信号强度有不同程度的削弱,散射产生的迂回路径延迟了干扰脉冲到达导引头探测器的时间.②激光干扰脉冲在大气散射作用下脉冲展宽效应不明显.