用两维扩展光源像差理论优化XUV单色仪设计

为了给反射镜和光栅组成的光学系统提供一种有效的优化方法,应用吕等提出的两维扩展光源平面对称光学系统的像差理论,Namioka等定义的XUV(极紫外)光栅仪器的评价函数和改进的遗传算法发展了优化设计程序,对一XUV单色仪光学系统进行优化。通过光线追迹程序Shadow进行数值成像计算来验证优化结果,并和相关参考文献中的结果进行比较。比较结果表明应用的评价函数适用于两维扩展光源的XUV单色仪光学系统优化设计。     

基于波像差理论的实数编码遗传算法优化XUV光学系统

由镜和光栅组成的XUV光学系统具有平面对称的性质,结合Lu平面对称光栅系统的波像差理论和均方根像差评价函数得到用以优化XUV光学系统的多参量目标函数。为求解该多自变量且大取值区间的目标函数,提出了一种基于十进制的实数编码遗传算法,并将其用于两种XUV光学系统的优化求值。将求得的优化值用光学仿真软件Shadow进行追迹,并和参考文献进行对比。结果显示本文优化后的光学系统在成像质量上有明显上升,表明波像差理论及本文的实数编码遗传算法可以有效地优化XUV光学系统,为此类系统的优化设计提供了新的思路。     

掠入射光谱仪光学设计

根据像差系数理论提出了计算XUV系统像差的方法,导出了光谱仪器的评价函数,该函数是各像差系数在各波段加仅的平方和,并考虑了各元件参数和光栏位置对像差系数的影响。最后利用上面理论设计了一个新的XUV系统。     

混入逃逸函数的遗传算法优化超大视场光学系统

超大视场光学成像系统在各领域的应用越来越多,但却缺少能够对该类光学系统的像差进行参量化设计的方法。将遗传算法和逃逸函数相结合对超大视场光学系统进行了优化设计。首先,修正了基于平面对称像差理论的超大视场光学系统的评价函数;然后针对遗传算法在优化超多参量光学系统时,其优化解的鲁棒性较差的问题,采用在遗传算法中混入逃逸函数来改善算法的鲁棒性。最后应用改进的算法分别对鱼眼镜头和折反射全景成像系统进行了优化计算,结果表明,优化后光学系统的像质比参考设计有较大的改善。     

基于平面对称光学系统像差理论的折反射全景成像系统优化设计

全景成像技术在机器人、计算机视觉和虚拟现实领域有着重要的应用,与此同时也对其成像质量提出更高的要求。然而,对于此类大视场系统的设计较多地停留在光线追迹的方法,没有出现能对大视场像差进行参量化设计的方法。现将平面对称光学系统像差理论应用于此系统,得到关于光学参数的像质评价函数,采用差分进化算法解决多变量评价函数的优化问题,实现了一种折反射全景成像系统的优化设计,并用Zemax光线追迹软件证实了理论的正确性。结果表明,此类系统可以采用平面对称光学系统像差理论来优化设计,该思路是正确有效的。     

刀具参数检测装置的光学系统设计

对刀具几何参数检测装置的光学系统进行了深入的研究与分析,并根据总体方案设计的要求,对光学系统的设计指标进行设定和参数的优化.将该套装置应用到刀具几何参数的测量仪器中,实验测试数据表明仪器的测量精度达到±2μm.     

一种野外近红外油料质量分析仪的研制

为满足野外油料质量快速分析需要,本文研制一种基于电荷耦合器件(CCD)阵列检测的适于石油轻质燃料分析的近红外光谱仪,并对该仪器的性能进行评价。该仪器体积小,重量轻,满足手提式需求;采用密封式电路和光学系统,带有车载固定夹具。该仪器具有分析速度快、测量结果重现性好、环境适应性强、操作界面友好、分析数据库适用面广、无废液污染等特点,适用于野外环境条件下作业。     

基于星点图像的小像差复原

提出了一种基于星点图像的小像差光学系统像差复原方法.应用标量衍射理论和Bessel级数,推导了以波像差的Zernike系数为参量的小像差光学系统点扩散函数的解析计算公式,利用该公式给出了基于星点图像的小像差复原问题的目标函数及梯度函数的表达式,并采用最优化方法进行求解.分别在理想情况和噪声情况下数值模拟了光学系统的像差复原,验证了本文提出的像差复原方法的有效性,并分析了星点目标尺寸对复原效果的影响.该方法以波像差的Zernike系数为优化变量,并利用推导得到的解析表达式计算目标函数及其梯度值,避免了常用像差复原算法中所需的傅里叶变换和有限差分等数值运算,提高了复原算法的运算速度.     

IRP-9400型红外方位探测系统实验装置的研制

介绍了应科研教学需要而研制的一种多功能红外方位探测系统实验装置。该实验装置是用于演示和模拟红外方位探测技术方法基本原理与特性的实验仪器，它采用了仪器化外形设计和积木式光机结构。该装置由靶目标装置、光学系统、各类调制盘、红外探测器和信号处理系统五部分组成，可根据不同的实验目的，通过更换各种类型的调制扫描部件以及更换不同的调制盘图案进行各类红外跟踪系统中位标器的方位探测方法实验。该装置的光学系统采用了可变焦的物镜设计以及可调焦场镜设计，调节物镜与杨镇焦距可改变光机系统的性能参数。该仪器不仅在科研预研时作为一种有效的模拟实验、调整参数的实验参考工具，还可作为一种灵活、多功能的教学实验仪器。由于该仪器光学系统以及探测器均采用近红外元件以替代昂贵的红外元件，因此该仪器具有灵敏度高，且造价低廉的特点。     

应用多个非球面优化鱼眼镜头的方法

对于鱼眼镜头一类光学系统,其超大视场的物点对于光学系统的成像,是符合平面对称光学系统的成像规律的。应用LU发展的平面对称光学系统的波像差理论,研究如何在鱼眼镜头光学系统中应用非球面对成像系统进行优化设计。首先,通过计算各个光学面的非球面系数对超大视场光学系统波像差的影响,找到受非球面系数变化影响最大的几个光学面;然后,以这几个面的非球面系数为变量,以光学系统调制传递函数作为评价函数,应用自适应归一化实数编码遗传算法,优化设计鱼眼镜头光学系统;最后,通过实例验证了所提出方法的有效性。所提出的方法可以有效地确定一个或多个最佳非球面的位置,对优化设计鱼眼镜头系统具有指导意义。     

XUV掠入射光栅摄谱仪的设计与研制

文章介绍了XUV掠入射光栅摄谱仪的光学原理、结构特点,工艺、材料选择及部分实验结果。     

消象散掠入射平场光栅谱仪

掠入射平场光栅谱仪是最近几年发展起来的新型极紫外(XUV)光谱仪器,其光谱焦面是一平面。本文介绍了我们最近研制成的消象散平场谱仪的消象散光学成像原理、结构特点、工艺、材料的选择及部分的实验结果。     

Geometric Theory for the Design of Multielement Optical Systems

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒｅｎｄｉｎｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ(ＥＵＶ )ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙａｎｄｓｏｐｈｉｓｔｉｃａｔｅｄｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｕｓｅｏｆａｎｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｔｈａｔｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｓｅｖｅｒａｌａｄｖａｎｃｅｄｏｐｔｉｃａｌｅｌｅ ｍｅｎｔｓ,ｓｕｃｈａｓａｃｃｕｒａｔｅｌｙｆｉｇｕｒｅｄａｓｐｈｅｒｉｃｍｉｒｒｏｒｓａｎｄｖａｒｉｅｄｌｉｎｅｓｐａｃｉｎｇｇｒａｔｉ…     

同步辐射与XUV光学

同步辐射的研究已大大促进了同步辐射光学领域中各个方面的发展,这些方面包括光学系统的设计理论、材料科学、光学仪器以及光学元件的测试和制造技术等。描述同步辐射和其光束线的概念,并介绍同步辐射光学相关的课题。     

In situ microfluidic flow rate measurement based on near-field heterodyne grating method

The near-field heterodyne grating (NF-HDG) method was applied to flow rate measurements in a microtube. The NF-HDG method is a newly developed optical technique based on photothermal effects. In this technique, pump light is shone on a transmission grating in front of a fluid channel and the inside liquid is heated with a pattern of the grating due to the Talbot effect. Another probe light is similarly shone on the same place as the pump light, and the diffraction by the transmission grating (reference) and the diffraction by the temporally generated thermal grating inside the fluid channel (signal) are mixed and detected (heterodyne detection). Theoretical analysis reveals that the dependence of the heterodyne signal intensity on the flow rate originates from the change in the heterodyne phase difference between the signal and reference, and the experimentally obtained calibration curves can be fitted with the theoretically predicted function. Furthermore, the optical setup was optimized based on the theoretical analysis of the Talbot effect. Flow rates of the order of nl/min were quantitatively measured, and the detection limit of the flow rate was 17 nl/min.     

基于Buchdahl象差系数得到点列图的算法

本文提出了一种基于Ｂｕｃｈｄａｈｌ象差系数得到点列图的算法，给出了相应的计算公式和算例，讨论了ＯＴＦ与该算法得到的点列图之间的关系。实际计算和理论分析表明：该算法在保证一定精度的基础上，大大减少了计算量，适用于作为目标函数在微机上进行光学自动设计。     

大象差系统的优化设计

大象差光学系统以传递函数MTF作为评价函数进行自动设计为宜。因为MTF与系统质量直接对应,迭代中可处理为单一的评价函数,能全面而客观地反映光学系统的成像质量,本文阐述了一个以几何传递函数GMTF为评价函数的光学自动设计程序中几个有关问题的处理方法,并给出了具体实例说明程序的应用过程和效果。     

光学薄膜向XUV区的扩展

近年来,软X光区和极远紫外区(统称XUV区)的工作有了迅速的发展,与此相应,光学薄膜技术也扩展到了XUV区。本文回顾了XUV区薄膜技术的发展,综述了高反膜、滤光膜、偏振膜等的设计、特性和应用,也介绍了作者自己在这方面的工作。