高光谱成像激光雷达扫描镜的分析与设计

扫描镜是高光谱成像激光雷达的重要组成部件,因此,分析了多面体转镜扫描、振镜扫描、圆锥扫描三种扫描方式,推导了不同扫描方式的轨迹,并结合飞机航迹得到发射激光扫描轨迹与扫描方式的关系。在此基础上,设计了一种用于高光谱成像激光雷达系统的圆锥扫描方式。实验结果表明,在飞行高度为500 m、激光脉冲重复频率为130 kHz、激光发散角为0.3 mrad时,该方式满足视场角等于30°、两个相邻脉冲夹角小于1 mrad的要求。相比其他扫描方式,圆锥扫描可提高激光雷达光斑脚点的密度,为数据的有效采集和地物的精准分类提供了帮助。     

斜入射高速转镜相机数字像面的研究

转镜相机像面设计中,基于传统代替圆理论的设计存在原理性误差,而通过综合考虑几种代替圆理论衍生出来的最佳设计理论会出现圆心不重合、转镜中心点偏离坐标中心等问题,对加工和装配的要求高.在数字像面设计中,把转镜旋转中心点设为坐标中心,推导出每个传感器成像像面坐标和像面边缘离焦量方程,从模拟结果可以看出,转镜扫描时形成了Pascal蜗线,且每个像面又单独为一条直线,符合高速转镜原理和本文计算理论的结论.可为像面定位、工作角、倾斜角选取提供依据.     

平行转镜式光谱仪原理与误差容限分析

采用光路展开法,利用调制度与相位误差两种判据,分析平行转镜在转动过程中的晃动、平行转镜的平行度、定镜的倾斜误差以及视场角等因素对平行转镜式光谱仪误差容限的影响.分析表明:平行转镜的晃动是平行转镜式光谱仪最重要的影响因素,但由于平行转镜的连续快速转动,惯性的作用会显著降低转动过程中的晃动影响;系统对平行转镜的平行度不敏感,对定镜的倾斜与视场角的误差容限与传统迈克尔逊式光谱仪相同.相对于传统直线往复运动式的光谱仪,平行转镜式光谱仪具有更高的探测速度与稳定性.同时,误差容限分析也为该光谱仪的系统设计与装调提供了理论指导.     

转镜式光谱仪光程差和非线性的研究

对转镜式高速干涉光谱仪的基本原理进行了介绍,给出了无晃动和有晃动两种情况下,轴上和轴外光线的光程差公式,并对结果进行了初步分析,发现晃动将使光程差大小发生变化,但不改变轴上光线零光程差的位置.光程差的非线性是转镜式干涉仪的天生缺陷,它和转镜的折射率、工作角等参量有关,使非线性最小可得出最佳折射率为2.9左右,从光程差误差的容限可以计算出对工作角的要求,折射率为最佳时,工作角可达13.3°,根据对非线性的分析结果,给出了转镜主要参量选择的原则.     

具有倾斜校正作用的激光扫描光学系统设计

阐述了用于激光印字机、具有倾斜校正作用的镯面ｆ－θ物镜的激光扫描系统的设计，有效地消除了偏转反射面的倾斜引起的扫描线错位。提出了确定系统主要参数的原则，分析了准直物镜、柱面镜、ｆ－θ物镜、多面棱体转镜等部件的设计问题     

平行转镜式光谱仪原理与误差容限分析（英文）

采用光路展开法,利用调制度与相位误差两种判据,分析平行转镜在转动过程中的晃动、平行转镜的平行度、定镜的倾斜误差以及视场角等因素对平行转镜式光谱仪误差容限的影响.分析表明:平行转镜的晃动是平行转镜式光谱仪最重要的影响因素,但由于平行转镜的连续快速转动,惯性的作用会显著降低转动过程中的晃动影响;系统对平行转镜的平行度不敏感,对定镜的倾斜与视场角的误差容限与传统迈克尔逊式光谱仪相同.相对于传统直线往复运动式的光谱仪,平行转镜式光谱仪具有更高的探测速度与稳定性.同时,误差容限分析也为该光谱仪的系统设计与装调提供了理论指导.     

双频激光干涉测角中角锥镜的不对称性对测角精度影响的分析

对双频激光干涉测角中反射镜组内两角锥镜的不对称性进行了分析,包括两反射角锥镜的制造工艺误差——两反射角锥镜的厚度偏差,以及安装偏差——两反射角锥镜前表面不平行度。推导出了由于该类误差带来的测角影响,建立了精确的角度测量模型。     

超高速摄影中三面体转镜力学特性的计算机仿真

基于弹性力学空间问题的基本理论与有限元计算技术，建立了转镜力学分析的数值方法，并与四面体钢转镜的计算结果做了对比，表明它能够较为精确地模拟出转镜的强度及其任意点处的位移.利用该方法，计算了目前常用的三面体金属铍转镜和铝合金转镜的稳态强度，得出了转镜镜面变形量及内部应力分布的定量数值.结果表明,金属铍转镜在强度和镜面变形两方面均优于铝合金转镜.     

镜面热变形对空地激光通信链路性能的影响

 低轨卫星在轨运行热环境条件下,不能有效释放热应力的反射镜面将产生热变形,镜面法向偏转可达百μrad量级;经其反射的光束将产生较大的指向偏差,严重影响空地激光通信链路的系统性能。对空地激光通信星上端机目前常用的压板法镜体固定方式进行的分析表明：镜体释放热应力后的法向角度偏差可减小近3个数量级,对由于热变形带来的光束指向偏差能进行很好地抑制,减轻对系统性能的影响。     

激光扫描光纤尺寸在线检测系统研究

本文主要论述了激光扫描光纤尺寸在线检测系统的工作原理及总体结构设计，该系统具有检测速度快、精度高、非接触检测等特点，完全可适用于光纤尺寸的在线检测和控制     

虚共焦非稳腔腔镜倾斜对激光传输的影响

首先用几何光学方法分析了虚共焦非稳腔腔镜倾斜引起的准直光线偏离光轴,形成偏斜光线的角度灵敏度和偏斜距离灵敏度同非稳腔放大率ｍ和腔镜倾斜角β之间的关系,然后用Ｃ－６程序计算、分析了柱面条状虚共焦非稳腔单镜、双镜反向和同向倾斜三种情况下不同倾斜角对近场相位和远场强度的影响。数值结果表明,镜腔倾斜会使近场相位由均匀分布变成非均匀分布。从布导致远场光束质量变坏。     

小型化望远式激光共焦扫描显微内窥镜

研制了一种激光共焦扫描显微内窥镜,采用望远式显微内窥光学系统,同时实现长距离的图像中继传输、远心f-theta光学扫描和显微内窥成像功能.二维共焦扫描由双振镜实现,低噪音扫描控制信号由嵌入式系统产生.为实现便携式应用,激光共焦扫描显微内窥镜采用小型化设计方案.首先,体内的显微内窥成像光学系统,外径尺寸为8 mm,工作长度为250.3 mm,可通过标准腹腔镜手术孔进行体内显微内窥成像;其次,采用3 mm通光孔径的小尺寸平面反射镜实现体外共焦扫描,摆动频率为100 Hz,实现快速共焦扫描;最后,激光控制和荧光探测仅通过电缆和光纤与共焦扫描显微内窥镜前端连接,减小了显微内窥镜的前端尺寸和重量.通过实验验证,本系统的成像视场为φ 600 μm,光学分辨率为2.2 μm,可采用手持式或者其他方式工作,进行体内组织的共焦扫描成像,实现微创、在体的荧光显微内窥术.     

星间激光通信光束微弧度跟瞄性能检测装置的设计原理

基于矢量折射定理,研究了透射光束通过双棱镜实现微弧度量级偏转的设计原理,解决了星间激光通信精跟瞄检测的难题。推导了正交双棱镜实现光束偏转的精确公式,提出以水平张角和垂直张角表达光束视场,并说明了单棱镜实现光束偏转的一般情况。根据设计指标和计算结果确定了棱镜的主要参量,进而对光束的偏转结果进行了数值模拟。最后的实验结果与模拟结果基本一致。结果表明:取棱镜棱角α为4°时,棱镜每旋转1′,透射光束变化约1μrad;分别控制双棱镜在其最小偏向角一侧小角度偏转,可以实现光束在水平方向和垂直方向500μrad范围内的精确扫描,装置的扫描精度可以达到0.2μrad。     

基于微扫描镜的激光投影

利用微机械加工技术制造出一种新型微扫描镜,结合半导体激光器,可用于投影显示.激光器发出的光束被两个分别沿着X轴、Y轴扭转的镜面相继反射,扫描出二维图形.实验测得扫描镜在15 V电压,频率为扫描镜谐振频率2倍的方波信号驱动下,镜子的光学扫描角度达±12°.由于每个镜子都沿各自轴以简谐规律扭转,扫描所得投影为李萨如图形.通...     

固定夹角反射镜扫描化学激光器小信号增益测量装置

 推导了一种新型1维快速扫描组件——固定夹角反射镜的原理,计算出了其对应于典型扫描距离10 cm和6 cm时的优化参数。并以此扫描组件为基础设计组装了化学激光器小信号增益系数1维快速扫描测量装置,该装置尺寸较小,使用比较方便,可以满足连续波DF/HF化学激光性能研究的需要,且对其扫描组件进行相应的改进,也可用于气动CO₂激光器和COIL小信号增益系数的研究。     

基于微扫描镜的激光投影

利用微机械加工技术制造出一种新型微扫描镜,结合半导体激光器,可用于投影显示.激光器发出的光束被两个分别沿着X轴、Y轴扭转的镜面相继反射,扫描出二维图形.实验测得扫描镜在15 V电压,频率为扫描镜谐振频率2倍的方波信号驱动下,镜子的光学扫描角度达±12°.由于每个镜子都沿各自轴以简谐规律扭转,扫描所得投影为李萨如图形.通过分析图形的形成原理并用Matlab仿真,选出了适用用于任意图案显示的扫描镜谐振频率组合(X轴2 400 Hz, Y轴2 425 Hz).该组合可以形成194×192个像素点,刷新频率为25 Hz.在此基础上提出了一种通过调制激光开关来进行投影显示的方法.     

测量大口径光学元件反射率用精密扫描系统误差分析

为测量高能激光传输系统中大口径高反射率光学元件的反射率,设计了一种大口径光学元件二维扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理,分析了影响系统测量精度的因素,从理论上分析了扫描系统的系统误差对测量精度的影响,结果表明在垂直于光束传播方向上,水平偏差在0.29 mm时,测量误差在10-6量级;腔长的变化量较小时,可通过对衰荡腔腔镜的调节,实现对旋转轴偏差的补偿及对系统的精细调节。通过拟合处理光强与时间的数据得到对应的一次指数函数拟合曲线,并通过计算得到衰荡时间和反射率,经过对比分析可知,该误差分析方法能比较有效地测量腔镜的反射率,并能减小实验数据本身带来的误差。     

Geometric Arrangement with Multiplicity of Laser Beams in Target Area

ＧｅｏｍｅｔｒｉｃＡｒａｎｇｅｍｅｎｔｗｉｔｈＭｕｌｔｉｐｌｉｃｉｔｙｏｆＬａｓｅｒＢｅａｍｓｉｎＴａｒｇｅｔＡｒｅａＴＡＮＪｉｃｈｕｎＷＥＩＸｉａｏｆｅｎｇ１）ＣＨＥＮＧＺｈｅＹＵＡＮＸｉａｏｄｏｎｇ１）ＬＩＵＬｉｒｏｎｇＳＨＩＺｈｉｑｕａｎ（Ｄｅ...     

潜望式激光通信瞄准机构误差计算

本文提出了一种机构指向误差计算方法。首先,采用反射镜单位法向量和光束单位方向向量分别表示机构反射镜的姿态和激光束的传播方向,接着采用坐标变换和矩阵传递求出反射镜在总体坐标系中的单位法向量,通过向量对称计算出激光束经过两次镜面反射后的方向向量,最后将机构各参数的理论值和实际值代入上述算法,分别求出激光束经过两次镜面反射后的理论方向向量和实际方向向量,两向量夹角即为机构的指向误差。在得到指向误差和部件误差的关系式后,机构设计时即可通过机构指向误差反计算求出部件的误差值。结果表明:机构物理样机测试指向误差值为0.005 7°,将机构部件参数测试误差值代入误差正计算算式,得出机构的指向误差值为0.006 1°,以该指向误差通过反计算得出的参数平均误差值为0.002 25°,与测试结果相近,可以为机构的精度设计提供参考依据。     

A scribing laser marking system using DSP controller

Laser marking is an important branch of laser processing technology, and has been widely used in many fields of industry. Digital signal processor (DSP) is an incredibly fast and powerful microprocessor that can deal with signals in real time. Not only it is portable but has the ability to integrate the processing signals of subsystems. In this research, it is emphasized that we designed a scribing laser marking system based on a DSP in galvanometric marking method. To control the rotating angle of the galvanometric scanning mirrors more accurately, we combine the D/A converter of the DSP with the human–machine interface successfully. The whole marking system is not only inexpensive, but also miniaturized.