声光调Q CO2激光器的实验研究

为满足13.5 nm极紫外光刻(EUVL)等领域的应用需求,研制了高重复频率、高稳定性的声光调Q CO2激光器。首先,对声光Q开关的工作原理进行了分析,并实验研究了调制信号电压与衍射效率的关系。接着,研究了调制信号占空比对脉冲波形的影响,通过选择适当的占空比消去了脉冲拖尾。然后,对不同重复频率下的脉冲宽度、功率和脉冲幅值稳定性进行了测量和分析。最后,对激光器的光束指向稳定性进行了测量。实验结果表明:该激光器实现了重复频率1~100 kHz连续可调的脉冲输出,在重复频率1 kHz时,获得最小脉冲宽度252 ns和最大峰值功率7 579 W的激光脉冲输出。通过设计以殷钢管为主体的支撑架,使得激光器的脉冲幅值不稳定性小于3%,光束指向稳定性为46.6 rad。该声光调Q CO2激光器可作为高性能种子源在EUVL等领域中得到应用。     

应用Collins公式和像差的Zernike展开分析激光光束在实际光学系统传输特性

在Collins公式基础上,将像差项用Zernike多项式展开后加入衍射积分,获取实际激光光束通过光学系统后的光强分布.对相关理论进行仿真,验证了理论的正确性.同时针对实际激光聚焦光学系统,从统计规律角度分析了系统公差引入对Gaussian光束聚焦光斑带来的影响.计算结果表明聚焦光斑总体随波像差RMS值增大而增大,不同像差分布形式对聚焦光斑特性影响较大.未分配系统公差时,激光聚焦光斑半径为1.520 mm;引入系统公差后,聚焦光斑半径有90%概率小于2.085 mm,平均值为1.700 mm,偏差为0.238 mm.     

基于小波变换的多尺度SSIM算法

提出一种基于小波变换的多尺度结构相似度的图像质量评价(WWMS-SSIM)算法。首先对原始图像和失真图像分别进行小波变换,在对应的低频子带图像中比较亮度和相关度差异,在对应高频子带图像中比较对比度、相关度和结构差异,然后赋予不同子带图像不同的视觉加权值,最后得到归一化的图像质量评价值。通过对不同失真类型图像以及Live数据库图像的评价,证明了提出的算法(WWMS-SSIM)相对均方误差、峰值信噪比、结构相似度以及改进的结构相似度评价算法更符合人类的主观视觉感受。     

一种改进的基于DSP的激光距离选通成像系统

采用激光束主动照明,是对远距离暗目标进行成像探测和精确跟踪的有效途径.从激光距离选通成像系统的成像关系出发,分析了距离选通方式和非距离选通方式下的激光距离选通成像系统的信噪比,从理论上说明了采用距离选通技术可以有效地抑制后向散射等背景噪声.讨论了激光距离选通成像关键技术,分析了传统的激光距离选通成像系统的缺点,提出了一种改进的基于数字信号处理(DSP)的激光距离选通成像系统.该系统利用快速DsP控制器完成测距和距离延迟,产生纳秒级的选通脉冲选通ICCD摄像机,实现距离选通.该系统克服了传统的激光距离选通成像系统需要已知距离,需要精确测量激光器的传输时间延迟等缺点,可以获得目标的距离信息和距离选通图像.     

基于星载光电成像跟踪测距的空间目标定轨

以获得空间未知目标的轨迹运动信息为目的,研究了一种基于星载光电成像跟踪测距方式的空间目标定轨技术。该技术从测量学角度出发,利用星载光学测量系统获得目标的相对运动信息,利用角度传感测量系统获得卫星的姿态角变化和跟踪架的角随动信息,最后通过坐标变换解算出目标在地球惯性坐标系中的绝对运动信息。文中依次从物理模型、坐标体系、基本原理等方面对该项技术进行了描述和推导,获得了目标在地球坐标系下的状态方程和观测方程。最后,在对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、目标特性及光学成像测距模型进行分析后,建立了具体的数学模型,并对计算结果进行了分析讨论。得到的结果显示理想模型的目标轨迹测量精度优于0.5km。     

光电跟踪系统快速捕获时间最优滑模控制技术

针对光电跟踪系统目标的快速捕获过程,本文提出了时间最优滑模控制方法。该控制的滑模面函数为时间最优控制系统状态最优运动轨迹,保证系统状态变量沿着最优轨迹滑动;设计相应的指数趋紧率,使状态变量快速平稳趋近滑模面。以180°、90°、60°阶跃信号为捕获目标进行仿真与实验研究,实验结果为时间最优滑模控制调节时间比时间最优控制和滑模控制分别减小了约43.66%、59.67%,超调量为0,稳态波动量为0,稳态误差减小了约为44.94%和62.34%,与仿真结果相吻合。结果表明该方法调节时间短,超调小,稳态值平稳,稳态误差小,鲁棒性强等优点适合应用于光电跟踪系统目标快速捕获,具有重要的研究与应用价值。     

Error analysis and optimization algorithm of focal shift on mode decomposition for few-mode fiber beam

Modal decomposition technology is an effective method to study the mode characteristics of laser beam in few-mode fibers. However, certain types of eigenmodes in the fiber can cause focal shift and affect the accuracy of modal decomposition. This article focuses on the influence of the focal shift of Laguerre-Gaussian mode and Linear Polarization mode on modal decomposition, and the research is based on correlation filter and the optimization algorithm of focal shift. The two-step ABCD algorithm is used to simulate and analyze the focal shift phenomenon of the two kinds of eigenmodes and the error influence of focal shift on the mode decomposition; Meanwhile, an iterative algorithm based on Fresnel diffraction is proposed to numerically calculate the light field distribution in focal plane to avoid the influence of focal shift errors. The focal shift analysis and its optimization algorithm make the modal decomposition technology be applicable to engineering applications.     

Multi-beam interference competition in heterodyne detection

In a typical infrared optical system, the “Narcissus” effect exists extensively. This concept can be extended into a heterodyne detection. In a heterodyne detection, besides the probe and local oscillator beams, a third coherent beam or even more beams caused by spurious reflection might interfere with each other on the surface of the photodetector. Generation of heterodyne signal is dependent on the interference effects between regular and unexpected waves. Based on the theory of PM demodulation, we analyze the effect of multi-beam interference competition in a laser Doppler vibrometer (LDV). A mathematical analysis demonstrates that the signal competition depends on the modulation index, the amplitude ratio of competing signals and their relative phases. The distortion of demodulated signal due to the appearance of ripples or spikes is also predicted in this study. These effects are verified by setting up an all-fiber LDV system for measuring vibration.     

基于DSP的小型随动系统设计

为解决当前某小型随动系统控制下功能单一、精度较低的问题,介绍了一种采用无刷力矩电机的伺服控制系统.进行了基于TMS320F2812的随动系统设计.依据设计要求和实际机械结构参数建立了伺服控制模型,并对模型进行了软件和硬件的设计与分析.最后对该伺服系统进行了基于Matlab软件的伺服控制仿真,并在仿真试验环境下对控制效果进行了探讨,得到了与设计要求基本符合的结论.该控制方式下系统的最大加速度可达80°/S2,而跟踪的方位误差可以有效控制在0.1°下,完全能够满足系统的设计要求.     

基于SUMT法的光电桅杆结构参数优化

以“机械优化设计”为理论基础,针对光电桅杆设计中的限制条件,以惩罚函数法为优化基本方法,光电桅杆的高度和内外径为优化参数进行了结构优化．对光电桅杆进行了模型简化,建立了数学建模,建立了内点惩罚函数,最后进行了基于SUMT惩罚函数的计算方法,得到了优化结果,同时通过现有的优化软件的计算验证了该优化结果正确性．