基于激光准直直线度测量方法的研究

介绍了用半导体激光器、单模光纤准直激光束作为测量基准轴线,四象限光电器件作为位置传感器,并由单片机进行数据采集、处理与测量结果显示的直线度准直仪。通过稳定性实验、重复特性实验和双频干涉仪比对实验,验证了本直线度测量系统的可行性。实验结果表明,测量系统实现的测量精度为(1.0+2×L)μm(L为准直距离,单位为m),测量范围为10m。     

一种新型光电准直经纬仪

介绍了一种可以将大地方位角度精确传递给带有直角反射体固定目标的光电准直经纬仪.它采用准直测量与望远镜共轴的光学系统,保证了测量基准的统一;激光准直照明配合窄带滤光片提高了整台设备的信噪比,CCD细分技术的应用提高了仪器的准直测角精度.     

GNSS测姿系统天线设置及精度分析

GNSS测姿系统的天线设置是影响测姿精度的重要因素之一;针对GNSS天线设置对测姿精度的影响问题,在分析GNSS测姿算法的基础上,对天线设置的3个决定因素,即天线数量、基线夹角和基线长度与姿态角误差的关系进行了理论推导,仿真分析了三者对测姿误差的影响程度;理论推导结果表明,对航向角、俯仰角和横滚角的测量至少需要三个固定天线,天线构成的固定基线相互垂直时姿态角的误差较小,姿态角的误差与基线长度的平方成反比;仿真结果验证了上述结论并进一步表明,两基线长度分别为1 m、2 m、3 m时,航向角和俯仰角的误差分别在2°、1°、0.5°以内,横滚角的误差分别在3°、2°、1°以内。     

阵列半导体激光器的光束参数测量与光纤耦合

采用ISO推荐的方法测量了发光面为 1μm× 15 0 μm的阵列半导体激光器的光束半径、远场发散角、束腰位置、瑞利长度 ,并根据测量结果计算了光束传输因子 (M2 因子 )。以此为基础 ,研究了半导体激光器光束的快轴准直以及光纤耦合技术 ,采用微柱面透镜准直后 ,阵列半导体激光器快轴方向发散角可减小到 0 .48°。设计了光纤耦合光学系统 ,与 10 0 μm光纤耦合时的耦合效率为 71.0 % ,与 2 0 0 μm光纤耦合时的效率为 83.4%。     

一种基于偏振光干涉的直线度测量系统

介绍了一种基于偏振光干涉的直线度测量系统,该系统由固定部分和活动部分组成。测量时,活动部分固定在被测要素上。被测要素的直线度变化将导致两线偏振光相位的变化。通过计量干涉条纹即可得到直线度的变化结果。实验显示本测量系统具有10nm的分辨率,在20mm的测量范围内误差≤0.5μm,提高了分辨率和测量精度。     

激光测头光束质量分析与控制

 建立了光束质量控制的数学模型,提出了一种可定量评价光束质量的参数优化选择方法。针对激光测头进行了两片式光束质量控制光学系统的优化设计,并与光束聚焦控制、准直控制方法进行对比实验。激光结果证明:该优化光束控制系统在测量范围内既保持了光束的均匀性,光斑尺寸较小(光腰尺寸为34 μm),又保证了光束的精细度,有效地抑制了光束质量引入的测量误差,在±5 mm测量范围内,其均方根误差仅为6.3 μm,测量精度明显优于聚焦控制和准直控制系统。     

横向调制偏振光测量导轨直线度

介绍了一种测量导轨直线度误差的新方法,利用偏振干涉原理调制出一束偏振角随光束横向坐标线性变化的特殊线偏振光光束,通过一个随直线度误差移动的光缝测量出光束中不同位置的偏振角,根据直线度误差与偏振角之问的线性关系,实现对直线度误差的测量.从理论上对该方法进行了论证分析,进而详细介绍了光学调制器的组成,设计了偏振角测量的光电组件,并进行了相应的实验.实验结果分析表明,该实验装置的直线度误差与偏振角之间的直线拟合相关指数R2优于0.9995,且测量直线度误差范围不低于0.5 mm,构建的测量系统经标定后测量分辨力可以达到亚微米级,测量不确定度达到1μm.该方法不仅实现方便、可靠性较高,而且可以克服测量时由于光强变化、导轨形面误差对测量结果的影响,稍加改进即可实现二维直线度误差测量,测量精度与自准直仪相当,具有一定的理论研究意义和较强的实际应用前景.     

光学材料折射率和色散的高精度测量技术研究

本文探讨了在一般精度的测角仪器上达到高精度测量折射率和色散的新原理和新方法,这些新原理和方法包括:光学角规补偿法测色散、直角照射法、自准封闭式最小偏向角法。通过实际大量的测量工作证明在1″测角仪(测角精度为3″)和测微望远镜上,上述原理方法都可以达到△n~±3×10~(-6),△(n_λ_1-n_λ_2)~±2×10~(-6)的精度。     

二极管激光器垂直阵列光束精密准直

 为实现二极管激光器垂直阵列输出光束具有小发散角、高指向精度的特点,简述了快轴准直（FAC）微透镜的光束准直原理,分析了调节装置的精度要求及透镜选择等问题。通过光学成像方法实时监测二极管激光bar条的近场像和远场像,对FAC透镜分别进行粗调节和细调节,获得了20个bar条连续输出2 kW,垂直阵列二极管激光快轴准直光束远场发散角4.4 mrad,bar条间准直光束指向精度不大于±1.7 mrad的准直效果,并对监测精度进行了简要分析。对影响光束准直效果的因素进行了分析,指出了工艺优化的重点。     

激光引信中半导体激光器的准直及其测试

在理论上分析了单级单透镜光学系统对激光高斯光束发散角的影响。用单个平凸透镜对激光引信中的半导体激光器进行了准直，达到了激光引信光束准直的要求。通过CCD成像方法对准直后的光束发散角进行了测量，利用二阶矩算法计算出光束发散角。实验测得2个方向的发散角分别为θx=7.03°和θy=0.69°，验证了准直系统达到激光引信要求的θx＜10°和θy＜1°技术指标。     

同步辐射压弯准直镜姿态的检测--大曲率半径小口径光斑的波前检测

提出了利用微小楔角剪切干涉仪测量同步辐射压弯准直镜姿态的方法。利用透镜和针孔产生与同步辐射发散度相同的激光束。通过剪切干涉仪．测量经压弯准直镜输出激光束的平行度,可将准直镜的位置、俯仰角度和镜面曲率皆调整到最佳。该剪切干涉仪结构简单,可根据条纹图样判断光束的平行度,每一幅干涉条纹图样与准直镜的一种姿态对应,因而这种方法能确定准直镜表面各点反射X射线的整体效果。该方法适用于测量波前曲率半径大竖直口径小的光束,不但精度高．而且具有实用价值。     

惯性约束核聚变靶场监测系统空间坐标系的建立与标定方法

在惯性约束核聚变(ICF)实验中,高精度的靶场坐标系统是保证打靶准确性的关键因素。提出了靶场坐标系的建立方法,采用三台CCD监测仪对靶场监测。设计了正八棱柱模拟靶对靶场坐标系进行标定;设计了由显微和准直系统相结合的监测仪光学系统,使监测仪同时具有测量靶位和准直的功能。提出了采用双频激光标定准直光学系统的方法。     

束靶耦合传感器光学及机械设计

利用共轭原理设计了用于惯性约束聚变的束靶耦合传感器,不仅解决高精度打靶,同时避免模拟准直光在瞄准过程中直接辐照实验靶。根据束靶耦合传感器的设计功能和工作原理,进行系统的光学设计和机械结构设计,通过成像实验采集的图像光学分辨力达到6 m,束靶耦合精度8.8 m。该束靶耦合传感器已经成功应用于神光-Ⅲ原型装置,通过针孔相机采集的四孔CH靶图像,统计计算得到装置的打靶精度优于25 m,满足设计打靶的束靶耦合精度的指标。     

测角系统及其可靠性对GJ—341小型遥控光电经纬仪测量精度的影响

测角系统的精度及其可靠性直接影响光电经纬仪的测量精度。GJ－341小型遥控光电经纬仪的测角系统采用19位增量式编码器,理论上达到了要求。但由于测角系统及其可靠性存在诸多问题,使其在实际使用中无法满足GJ－341小型遥控光电经纬仪测角精度的要求。本文分析测角系统及其可靠性对GJ－341小型遥控光电经纬仪测量精度的影响。     

角度调谐的多普勒激光雷达硬目标转速测量

利用角度调谐方法确定直接探测多普勒测风激光雷达的初始工作点,角度调节精度可达10 μrad.在此工作点处使用频率稳定性为10-7,单纵模出现概率大于98%的Nd:YAG激光器,通过偏振分光光路测得参考信号与回波信号.配合目标准确放置到准直镜的焦距上,分别测量了配合目标静止,正转和反转时的参考信号与回波信号.利用配合目标静止时测得参考信号与回波信号的关系可得参考信号的角度矫正因子为1.1949,使用该矫正因子测得硬目标在正转和反转时转速与真实转速之间的误差小于0.5 m/s.     

一种新型白光准直器

提出一种新型的白光准直器, 它由梯度折射率光纤及光阑组成的微阵列构成。在研究其准直原理及理论计算基础上, 讨论了材料和结构参数对准直特性的影响。实验结果表明, 选择合适的参数, 可获得发散角小于±１０°的近准直光, 该种准直器可满足扩展液晶显示器（ＬＣＤ）视角对准直背光源的需求。     

卡塞格林系统装调过程中高精度测角方法

为了能够准确测量同轴三反相机中次镜的倾斜量变化,提出一种新的角度测量方法,即用大口径干涉仪与经纬仪相结合进行测量。以主镜为测量基准,两镜相对倾角较小时,使用大口径干涉仪同时测量两镜的干涉条纹,相对倾斜角度过大时次镜无干涉条纹,加入一台经纬仪分别自准直于干涉仪和次镜,间接测量两镜相对夹角。通过模拟计算与实验验证表明,对于次镜组件倾角测量误差可以控制在0.5″以内。结果表明,该检测方法具有通用性强,测量精度高等特点,克服了传统检测方法测量精度不足的问题。     

大面积准直型太阳模拟器的设计与研制

设计并研制了一种大面积准直型太阳模拟器,其有效辐照面直径达到1 100 mm,平均辐照度达到1.3个太阳常数（AM0）,光束准直角为±1.59°。首先给出了太阳模拟器的光学系统,分别从光源选择和布局,椭球镜设计和准直镜设计进行了阐述;介绍了太阳模拟器的光机结构;进行了系统的仿真和实现。实验表明,太阳模拟器的平均辐照度达到1 760 W/m²,辐照不均匀度达到±4.6%,辐照体不均匀度达到±5.96%,辐照不稳定度达到±1.36%,光谱匹配在300~1 400 nm波长范围内满足ASTM E927-10中AM0 B级要求,为航天有效载荷的热真空试验和热平衡试验提供了一个准确可靠的平台。     

光学元件残余偏振测量方法与装置

光学镜头的残余偏振是影响偏振遥感探测、偏振军事目标识别和精密光学测量仪器测量准确度的一个关键参数。针对大口径可见光波段光学镜头偏振度准确测量的问题,研制了一台光学镜头残余偏振度测量装置。该装置利用表面镀金属膜的大口径离轴抛物面反射镜作为准直光源,通过控制入射光的入射角、降低入射光源的残余偏振度等技术,在水平、垂直、45°、135°的方向获得了一致性很高的斯托克斯参量。为了验证该装置的性能,对可见光波段口径小于160 mm的光学镜头残余偏振进行了实际测量,测量结果表明,该测量装置的残余偏振度低于0.2%,可满足高精度光学镜头残余偏振的测量需要。     

基于激光光斑分时方法的弹目测角途径设计

提出了一种利用光电方法解决多发导弹测角的技术途径。示踪器向地面发射的脉冲光被跟踪目标的摄像机接收,解算出光斑和目标的偏角,形成制导修正依据;借助时序控制,使示踪器发光与相机曝光同步;设置各枚示踪器发光顺序,使摄像机每个曝光期内,只有目标或指定的导弹光斑进入,通过对像机视频图片的编组,可形成各枚导弹与目标的序列图片,实现各枚导弹独立制导。通过试验,在PM2.5指数为120的情况下,传输距离达到9 000 m,并实现100 Hz双光源切换,编码精度达到1 μs。该模式可满足探测距离和导弹区分。