光开关实现多测量光路的可行性研究

针对准直光束测量中对多测量光路的需求,对应用光开关进行分光的方法进行了探讨。利用LED光源、准直器、1×4光开关及CCD相机搭建了测试系统。通过采集光开关分光后得到的多路准直光斑图像,对光斑的光强分布及相关性进行了分析,此外,对光开关工作在静态、动态时光斑定位中心的稳定性进行了测试。实验结果表明,应用光开关实现的多测量光路具有良好的同源性和稳定性,是一种可行且有效的分光方法。     

3 Bar半导体激光器的光束整形系统研究

在壳体成型系统中,激光光束的均匀性和集中性直接影响壳体加工的效率和质量。为了提高壳体固化效率和质量,采用微柱透镜和半圆柱透镜相配合的方式,对壳体固化系统所选用的3bar条半导体激光器所发射的光束进行准直和整形。从物理光学的角度对准直系统的工作原理进行了分析,搭建了仿真光路图并给出了准直后的光斑发散角和整形后的能量分布情况。设计了一款慢轴发散角小于3°、快轴发散角小于5°、光斑尺寸小于20mm×10mm的激光光源整形准直系统。有效的提高了半导体激光器的固化效率和壳体成型质量。     

基于单面阵CCD的三维平移测量系统设计

针对高精度多自由度位移同时测量问题,利用光斑位置变化方法设计了一种基于单面阵（CCD,Charge—Coupled Device）三维平移测量系统。系统采用两路准直（LED,Light—Emitting Diode）光束作为测量基准,由单面阵CCD探测光斑图像,图像经处理后可获得光斑位置信息,根据光斑位置变化推算出被测物体三维平移变化量。在实验室环境下构建了二维实验系统,模拟测量X向和Z向的平移变化,结果表明,X向平移测量精度优于±1μm,Z向平移测量精度优于±2μm。系统具有非接触、体积小、精度高的特点。     

激光靶光电探测系统优化设计

介绍了一种新颖的激光光幕靶弹丸速度测量系统.系统由半导体激光光源准直、扩束形成原向反射屏反射后形成一定直径的反射光斑,光斑经用以扩大接收面积的光纤光锥会聚后由光电探测器接收.给出了苏格兰片反射率测试的方法和测试结果以及3 mm飞行物体的过靶波形.试验结果表明,采用原向反射屏和光纤光锥构成的光电探测系统具有较高的信噪比和灵敏度.     

基于椭圆形Monge-Ampére方程的杂散光检测系统光源特性的研究

通过对高光谱成像系统杂散光检测实验中光源部分的研究,提出了解椭圆形Monge-Ampére方程的方法来设计自由曲面透镜,并对测试光源出光分布的均匀性、准直性、稳定性进行检测研究。针对杂散光检测实验的要求,利用自由曲面透镜的特点对杂散光实验光源进行研究并改进光源特性,以此来提高杂散光检测实验的准确性和测试的可靠性,然后测试光束性能,使其满足杂散光测试的精度要求。通过实验分析,选取自由曲面透镜代替离轴三返平行光管来获得平行光,利用光线追迹软件Tracepro对系统光源进行了仿真,结果表明:利用该方法设计的光源出光分布较传统的平行光管有所改善,在正常情况下光斑均匀性能够达到85.3%,且光源的位置误差与透镜的转动误差对系统造成一定影响。     

激光准直系统在大轴同轴度测量中的应用

激光准直系统的研制是为了提供大轴及轴度测量中需要的一条基准直线。系统中热稳频激光器的使用明显地抑制了激光光束的漂移;ＣＣＤ探测器用于探测光斑的能量分布;而与计算机相连的图像处理卡的使用大大简化了数据处理的过程,其次还讨论了两种确定光斑中心数据处理方法－－对称法和曲线拟合法提出了准直系统线性误差对同轴度测量结果不产生影响的新见解,因此准直系统的精度要求可以适当降低。实验证明该系统能满足测量要求。     

基于自由曲面的TIR型LED准直系统的研究

为了收集大角度的LED光线以获得小发散角的准直光束,设计并优化了高效、结构紧凑的TIR式LED准直系统。首先根据斯涅尔定律及等光程原理,计算准直系统的初始结构。利用Lighttools软件对初始结构优化设计,最终得到最佳结构的LED准直系统。TIR型准直系统的半口径为18mm、厚度为23mm、准直度(发散角)为1.5o,光能利用率高达89.5%,局部范围内光斑均匀性为92.34%。系统优化后光能利用率和目标面照度的均匀性均有所提高。基于TIR结构的LED准直系统具有光能收集效率高、准直度好、结构紧凑、体积小、便于应用等特点。     

半导体激光器自混合干涉的调制及光电检测电路

根据半导体激光器自混合干涉微位移测量系统的要求,设计了电流调制半导体激光器和光信号检测电路．半导体激光器具有体积小、易调制等特性,因此在实验采用中心波长为650 nm的半导体激光器作为该微位移测量系统的光源, 从而使系统微型化、光路易准直;将半导体激光器的电流调制特性和自混合干涉原理相结合,使此微位移测量系统的测量精度远远高于传统干涉方法．在实验电路中利用集成运放特性实现对光源信号的调制和微弱信号的前置放大,并使用温度补偿及抗干扰技术,使输出信号满足系统要求．     

稳定化激光二级管光源

针对目前存在的光纤测量系统中激光光源受温度影响的问题,根据激光二极管（ＬＤ）的光输出特性,采用自动光功率控制电路（ＡＰＣ）,通过合理的元件参数配置,研制了光功率稳定可调的激光光源．实验表明,在 １０—４０℃温度范围内激光光源输出的光功率稳定度达到±０．１ｄＢ,达到了标准光源的技术指标．     

LD端面泵浦Nd:YAG激光器耦合光学系统的设计

应用几何光学的方法,设计了用于半导体激光光束快轴和慢轴准直并聚焦的光学系统.并用ZEMAX光学设计软件给出了模拟结果.该系统由四个柱面微透镜组成.快轴方向采用椭圆柱透镜和圆柱透镜,慢轴方向采用两个圆柱透镜,实现了在对半导体激光光束准直(光束快轴方向得发散角由原来的30度减小到3.3度,慢轴方向由原来的10度减小到1.5度)的基础上聚焦光斑半径为86μm,满足了腔内泵浦光束的模式与振荡光模式的匹配,当泵浦光功率为1.8W时,获得100mw的473nm波长的TEM模激光输出,总的光-光转换效率为5.6%.     

基于CCD的空间光束投影夹角测量

针对空间光束定位的特殊性,常需要进行非接触光学测量,设计了一种基于电荷耦合器件（CCD）的空间光束投影夹角测量方法,采用多圆拟合算法进行光斑中心定位。通过测定两交叉光束在2个分别与CCD成像面保持水平及竖直垂直的投影面上的夹角,实现对空间光束的准确定位。实验测量结果表明,该测量系统具有较高的测量精度。     

户外LED广告屏色光侵扰问题调查研究

近年来LED广告屏在城市中广泛使用，但居住区周围布置的LED广告屏在夜间对居民形成了强烈的色光侵扰。为了明确LED广告屏形成的色光侵扰程度及其防控措施，以北京、天津地区17处LED广告屏及受其侵扰的居住建筑为研究对象，展开主观问卷调查，并现场测试LED广告屏侵扰光的色坐标、亮度等参数，获得187份调查问卷及288组测试数据。通过对比分析主观问卷和测试数据，明确了LED广告屏的主要侵扰因素为LED屏与居住建筑的相对位置关系、LED屏侵扰光亮度水平及其数值变化和LED屏的光色交替变化，提取了各侵扰色光的波长及亮度数值范围，提出了对LED屏幕设置的建议。     

基于PWM的LED灯模拟自然光强系统的设计

LED是一种具有高效节能、绿色环保、使用寿命长等优点的新型光源.本文所述的LED灯模拟自然光强系统,以AT89C51单片机为核心控制芯片,实现在阴雨天的昏暗早晨,利用LED灯补光以模拟最佳自然光强渐亮的效果,将有助于改善人们起床后的精神状态.系统采用PT4115大功率LED恒流驱动方案,可实现对LED灯的多级PWM调光控制.本文给出了系统的硬件与软件设计,并以自然光强变化的拟合曲线作为标准,对LED光亮进行控制.     

基于可见光通信的室内定位方法

可见光通信是利用白光LED（lighting emitting diode）固态光源在照明同时实现通信的新型绿色通信技术,基于可见光通信的新型室内定位方法具有室内传统无线定位方法难以替代的优势.文章介绍了基于可见光通信的室内定位方法研究现状,归纳总结了基于LED标签、接收光信号强度检测以及图像传感器成像3类可见光定位方法,详细分析了3种方法的基本原理,并对可见光定位方法的研究趋势进行了阐述.     

LED路灯的二次光学透镜设计

鉴于道路照明需求的多样性和复杂性,基于配光曲线映射原理,运用透射光学设计手段,借鉴传统路灯设计方法,针对单颗大功率白光LED,根据其特有的配光特性参数设计了一种新颖的二次光学透镜。该透镜实现了将LED的郎伯型配光转换为蝙蝠翼型配光,将圆形光斑转换为矩形光斑,同时可以达到很高的光输出效率和近似1∶2的长宽比。与同类设计相比,达到国家道路照明标准,同时降低了设计复杂度,可应用于LED路灯设计。     

基于LED的可见光通信系统预均衡技术研究

目前发光二极管(LED)调制带宽一直是制约可见光通信(Visible-Light Communication,VLC)领域的一个瓶颈,一般普通的商用白光LED调制带宽只有几兆左右,严重制约可见光通信系统发展。基于提高LED的调制特性角度对可见光LED调制特性进行分析和实验论证。实验结果表明,通过基于FPGA产生信号通过预均衡驱动电路加载到蓝光LED,利用OOK-NRZ调制方式实现100Mbit/s速率,从而有效提高可见光通信系统中带宽问题。     

基于LED的光栅光调制器照明系统的优化设计与实现

设计了一种基于LED照明的光栅光调制器(GLM)照明系统,以自由曲面TIR透镜、光棒、聚光透镜组为主要光学元件来提高LED光能利用率,并实现光场均匀化。通过仿真得出,照明系统的光能利用率为78.7%,光照均匀性为85%,实验与设计结果基本一致。这表明,优化后的光栅光调制器的照明系统,解决了基于LED的照明系统光照不均匀和光能利用率低的问题。