气溶胶偏振探测仪检偏器方位角优化

非理想透镜组的偏振效应引起偏振测量系统的测量矩阵改变,导致系统最佳配置漂移.为了最大化气溶胶偏振探测仪的信噪比,利用Jones矩阵的方法计算前置光学透镜组的起偏度,并分别以系统分析矩阵的条件数和参数Tr(BBT)为优化参数对检偏器的放置角度进行优化.经过优化,得到检偏器的最佳方位角,在670 nm通道系统分析矩阵的条件数由1.836 0降为1.689 4,在1 641 nm通道系统分析矩阵的条件数由1.977 7降为1.771 4.结果表明,两种优化方法的结果基本一致,经过优化之后两个偏振测量通道的信噪比都提升10%左右.     

Athermal design of the mirror support with flexure hinges for the laser communication terminal

In order to suppress the effect of the temperature variation on the wavefront of the laser communication terminal, the secondary mirror support with flexure hinges is designed. The series-wound straight-circle flexure hinge is designed to achieve the maximal variation range of the flexibility or stiffness with the limit of flexure hinges’ geometrical size. The position and quantity of the flexure hinges are determined to control the deformation direction of the secondary mirror. In order to search the direction in which the wavefront aberration is minimum, the flexure hinges’ parameters are optimized with the system wavefront aberration as the optimization objective. The prototype of the laser communication terminal is constructed and the value of the wavefront aberration is measured under the condition of 20±2°C. Experimental results show that the value of the wavefront aberration root mean square (RMS) is reduced from 0.066λ to 0.042λ, meeting the requirement of RMS less than 1/20λ (λ=632.8 nm). The athermal design method presented in this paper provides a novel way for the athermal design of the small aperture mirror support in off-axis optical systems.     

基于惰性强度的光纤传像模块支撑结构优化设计

光纤传像模块是大视场天基望远镜关键部件之一,其支撑结构的刚度特性对于物镜的工作寿命有至关重要的影响。为了在振动载荷作用下,在保证物镜寿命的同时降低支撑结构的重量,在拓扑优化的基础上,以光学玻璃惰性强度和结构基频为优化约束对光纤传像模块支撑结构进行了优化。首先,阐述了光学元件惰性强度的计算方法并确定了优化过程中耦合光纤的同心物镜惰性强度的边界值;其次,根据系统参数确定了光纤束的布局并设计了初始支撑结构;最后,在拓扑优化的基础上,建立了以耦合光纤的同心物镜惰性强度和支撑结构基频为优化约束的集成优化模型,并利用isight集成优化平台进行了计算。计算结果表明:在满足优化约束的情况下,优化后的质量降低了11.4%,取得了明显的减重效果。提出的优化方法为物镜与光纤束耦合类的光机结构设计提供了参考。     

偏振光谱识别光学系统的复原方法与设计

为准确方便获取4个波长相关的斯托克斯参量,可采用强度调制型偏振光谱成像技术,从偏振光谱强度调制理论与傅里叶变换解调方法入手分析推导计算了偏振光谱信息的复原过程,据此得到了系统的基本结构。以模块化设计的思路分别设计了光谱部分光学系统的前置望远物镜及Offner分光系统,设计结果实现了在400~1 000 nm谱段光谱分辨率1.24 nm,并结合光谱系统参数匹配设计完成了前端偏振光谱调制模块,给出了一套完整的设计实例。最后通过实验验证了偏振光谱调制模块设计的合理性与傅里叶变换解调方法的可行性,为偏振光谱信息复原奠定了基础。     

Isight环境下基于视轴抖动误差的镜头结构优化

为了在机载振动环境下获得满足光学性能指标要求的偏振成像光谱仪镜头的最佳结构性能,建立了基于视轴抖动误差的优化模型,并在Isight集成优化环境下对该模型进行了求解。首先,阐述了视轴抖动误差影响光学系统性能的原理并根据光学系统模型和指标需求设计了镜头的初始结构;其次,推导了视轴抖动误差的计算方法并建立了基于视轴抖动误差的优化模型;最后,在Isight环境下,使用多岛遗传算法对优化模型进行了求解。结果表明:在满足镜头视轴抖动误差的要求下,镜筒质量降低了17.4%,镜头光学系统传函为0.4（77 lp/mm）,满足设计指标要求。提出的优化方法引入镜头视轴抖动误差作为优化约束,拓展了光机结构优化的内涵,为同类结构的优化提供了新的思路。     

温度对机载成像光谱仪光学性能的影响

为了研究温度对机载成像光谱仪光学性能的影响,分析了机载环境下仪器温度载荷的特点,阐述了温度载荷的作用机理和表现形式,研究了光谱仪的热光学性能。首先,分析了机载环境下温度载荷特点;其次,以最小二乘法和坐标转换法为理论依据,编制了面形误差及刚体位移求解程序,并结合有限元法计算了光机系统在温度载荷作用下各镜面的变形值和刚体位移大小;最后,对变形后的光学系统进行了光线追迹,求解了镜面刚体位移导致的谱线位置变化,研究其谱线漂移特性,并计算了刚体位移对传递函数(MTF)的影响。计算结果表明,10 ℃温度变化范围内,谱线漂移量小于光谱定标精度要求的1/3,不需要再进行光谱定标和光谱修正;系统传递函数也能够满足成像质量要求。这些结论会对仪器研制有很大的工程实用价值。     

小型宽光谱低分辨率光谱仪器光学设计

光栅作为小型光谱仪器分光系统的核心,采用不同种类的光栅制作分光仪器时其结构形式也不尽相同.文中为设计一个工作波段在340-800 nm,分辨率优于15nm,谱面长度28.71 mm的比色仪光学系统,通过对比常见光谱仪结构的优缺点,选择平场凹面光栅作为最终的结构形式,采用长波通滤光片实现对二级光谱重叠的消除,并对比色仪光...