高功率激光系统中近轴鬼像点的寻找

考虑了空间滤波小孔隔离鬼像点的作用后，提出了寻找大型高功率激光装置中近轴鬼像点的矩阵光学方法，并根据实际系统提出了判断鬼像点虚实的可行方法。所编制出的程序可用于寻找激光放大系统中的任意高阶鬼像点。     

多角度偏振成像仪鬼像校正方法

根据多角度偏振成像仪光学系统特点,分析了仪器的鬼像分布特性,结合光学设计软件CodeV与ZEMAX确定了产生严重鬼像的光学工作面,并对实验测得的鬼像图像进行了标记.在此基础上,利用鬼像畸变与视场的关系,采用多项式拟合的方法得到仪器全视场鬼像位置和形变,并通过实测图像确定了原像和鬼像图像之间的能量衰减比,建立了仪器全视场的鬼像校正模型.最后分别对未饱和及过饱和图像进行了校正,结果表明,此校正方法可以消除至少90%的鬼像杂光.     

基于Code V和Tracepro的成像光学系统一阶鬼像分析方法

在光学设计时应尽量避免鬼像的产生,所以快速、准确地进行鬼像分析就显得尤为重要。提出利用Code V和Tracepro软件对光学系统中的鬼像进行仿真分析,用Code V确定会产生严重鬼像的光学工作面;将光学系统在Tracepro中建模,在物面取不同的位置设为点光源,分别对每个点光源进行分析。分析时可利用表面属性设置限制产生鬼像的工作面,并利用阈值设置限制鬼像的阶数,最终获取一阶鬼像相对位置,以及其和正常像之间的能量大小、分布关系。     

基于CODE V和LightTools的成像系统初级鬼像分析

对鬼像的基本概念和形成原因进行了介绍与分析,提出了利用光学设计软件CODE V定性分析与光机适配性软件LightTools定量分析相结合的鬼像仿真分析方法。使用lightTools软件仿真与系统探测器归一化真实响应照度值相比较找出鬼像路径,给出改进措施。对验证实验中给定的电视成像光学镜头的鬼像路径进行计算和仿真,计算结果表明,镜头轴上鬼像路径的归一化响应照度为3.5×10-5,小于探测器的归一化响应范围9.85×10-5~1,探测器无响应,即不产生鬼像,证明该仿真分析方法正确可行。     

适于逆光条件的消鬼像镜头光学设计与实验验证

鬼像是逆光照明下影响光学镜头成像清晰度、对比度的主要原因,为减少其影响,研究典型匹兹万镜头的消鬼像问题。运用近轴矩阵光学理论,详细分析讨论匹兹万镜头的鬼像特性,给出抑制方法。根据使用要求,优化设计和研制了消鬼像光学镜头,像质评价结果表明鬼像能量低且分布均匀,具有接近衍射极限的成像性能。逆光照明下的成像结果表明,研制的镜头具有优异的鬼像抑制性能,验证了设计和分析的正确性。给出的鬼像抑制方法可用于其他光学系统。     

高功率多程放大系统中鬼像的分析

为了有效地避免鬼像破坏,针对采用离轴多程放大的高功率固体激光实验装置的光路特点,利用“光路二叉树”原理和“矩阵光学”方法,将全光路“单元化”为主放大、助推放大、反转器和输出4个部分进行光线追迹和鬼像分析,给出了各个部分的主要鬼像分布.并通过将鬼像分析的结果与前期实验中发现的现象进行比对,证明了此种分析方法的可行性和可靠性.从而为在今后实验装置的改造和类似系统的设计中有效的分析和规避鬼像提供了理论和实验依据.     

基于鬼像和像差分析的高功率激光装置透镜设计

为了设计能够满足高功率固体激光装置需求的空间滤波器透镜,采用矩阵光学方法,分析光束经过单透镜传输时剩余反射形成各阶鬼像的过程,得到鬼像位置与透镜曲率半径的关系式.该关系式表明,透镜的曲率半径设计可以控制鬼像所在的区域.根据高功率激光装置光路排布的特点简化鬼像分析,利用自行开发的鬼像追迹软件分析了主放大级鬼像分布特点.通过改变透镜的曲率半径和倾斜透镜这两种方式,基于鬼像规避和像差最小化两种原则,最终确定主放大级透镜曲率半径的最优选择为1:3弯月型,凸面朗向光学元件集中的方向.该方法可普遍应用于指导高通量复杂光学系统的透镜设计.     

克尔效应导致的鬼像位置移动

在近轴条件下,利用矩阵光学的方法研究了高功率高斯光束通过不同光学元件时,克尔效应导致的介质折射率的变化对鬼像位置的影响.计算了单个双凸透镜,单个双凹透镜以及4F系统中反射光线形成的低阶鬼像的位置移动,并将鬼像位置移动的规律表示为入射光束束腰和峰值光强的函数.     

基于光束干涉的高功率激光鬼像分析

在原有鬼像焦斑空间分布研究的基础上,进一步考虑入射激光脉冲与透镜的鬼像之间发生的干涉叠加现象.参考神光Ⅱ系统,分别推导并计算了3～10 ns的入射脉冲引起最小像差型双凸透镜产生鬼像干涉的最大焦距范围,然后以单位矩形脉冲平面波作为入射光,讨论存在干涉的几种情况.结果表明,由于干涉叠加效应,鬼像焦平面存在较大的调制,焦平面...     

内掩式透射地基日冕仪中杂光鬼像的消除

为了消除杂散光对日冕仪成像质量的影响,分析了工作波段为530～555 nm的内掩式透射地基日冕仪（其视场为±1.1～3R⊙,分辨率为13.5μm,口径为120 mm,系统F数为8.2）物镜的多次反射形成的鬼像。基于鬼像形成原理,完成建模模拟,提出了结构性遮拦措施,并通过实验论证了遮拦结构对鬼像有良好的遮拦效果,同时验证了鬼像的光强和物镜边缘衍射光基本一致。实验还显示：鬼像的尺寸和模拟基本一致,直径均约为0.9 mm。消除鬼像后,内掩式透射日冕仪消杂光能力和成像质量进一步提高,实现了对日冕的有效观测。     

眼底照相机光学系统中杂光和鬼像的控制

论述了眼底照相机的原理和控制杂光及鬼像的方法。通过精心设计照明系统的接目物镜 ,使其各个光学表面产生的鬼像位于较理想的位置 ,并通过在照明光路中加入较少的黑点板予以消除。同时通过使照明系统的环行光阑与照相系统的孔径光阑处于相互共轭的位置上 ,达到消除照明系统产生杂光和鬼像的目的。     

基于频域分解的融合鬼成像方法

针对传统鬼成像对比度差、信噪比低的问题,提出了一种基于频域分解的融合鬼成像方法.该方法将参考光路中获得的散斑图进行频域变换,选取合适的阈值将其分解为高频散斑和低频散斑,通过分别对高低频散斑与桶探测器得到的值进行关联运算得到高低频鬼像,最后利用逆非下采样剪切波变换重构出最终的鬼像.以对比度和峰值信噪比为评价指标,通过4组实验仿真验证了融合鬼成像方法的有效性.仿真实验结果表明,融合鬼成像的峰值信噪比/对比度较计算鬼成像、差分鬼成像方法分别平均提高了41%/173%、27%/135%.     

多通放大器腔内杂散光

 对4程放大器中杂散光1至3阶会聚点进行了计算。以神光III原型装置光路概念设计某方案为例,光线追踪结果显示：两个空间滤波器的透镜反射面在光腔内产生约900多个可能引起激光材料损伤的鬼像会聚点。     

300～1100nm多波段成像光学系统设计及杂光分析

设计了一套300～1100nm多波段光学系统,该系统能对目标的近紫外、可见光和近红外3个波段同时成像,可满足目标多波段信息探测的要求。由于在光学系统中镜筒内壁反射和棱镜表面反射会产生杂光和鬼像,因此,利用Light—Tools软件对此系统的杂光和鬼像进行了模拟分析。模拟结果表明,视场之外11．7—18．3°和-11．7～-18．3°的入射光线被胶合棱镜上下表面反射后,会聚焦到3个探测器靶面范围内,形成鬼像;6．2°-9．8°和一6．2°--9．8°的入射光线被镜筒反射后会在3个探测器上形成杂光。利用设计的多波段光学系统进行了相关实验,结果证明了模拟分析的正确性,表明此分析能用于指导多波段光学系统的设计和研制。提出了减少杂光和鬼像的相应措施,实验结果验证了提出的措施能够减少杂光及消除鬼像,提高系统成像质量。     

基于Hadamard基的欠采样计算鬼成像

计算鬼成像具有单像素和成像系统配置成本低廉等特点,是近年来光学成像领域的研究热点之一.与传统的计算鬼成像不同,本文研究了在欠采样条件下的计算鬼成像——基于Hadamard基的计算鬼成像.首先给出了成像方法的理论和实验装置,接着详细研究并分析了四种欠采样条件下的成像结果.实验结果表明在欠采样条件下存在重影及边缘失真等现象,但有趣的是出现正负像.这是源于Hadamard掩模的规律性调制分布.该结果一方面有助于增进对计算鬼成像和正负像物理机制的理解,另一方面对远距离成像中物体成像边缘信息及失真问题的分析具有指导意义.     

基于数字微镜器件的光子计数对应鬼成像

提出了一种基于数字微镜器件的光子计数对应鬼成像方案。该方案采用数字微镜器件对光源进行调制,通过时间相关单光子计数技术获取光子计数值,并利用对应鬼成像算法计算目标物体的像。结合鬼成像理论和对应鬼成像理论阐明了光子计数对应鬼成像原理,并通过实验对该方案进行了验证。研究结果表明,该方案能够实现弱光成像。利用该方案可以获得与传统鬼成像效果相当的成像质量,但降低了图像重建过程中的计算量和算法复杂度。此外,该方案略去了阵列探测器对光强分布的测量,利用一个不具有空间分辨率的单光子探测器结合对应鬼成像算法,即可得目标物体的像,同时也能获得目标的距离信息。     

离轴多程放大系统中光学设计的初步研究

 通过对离轴多程放大系统的光学设计的分析,并结合三大高功率固体激光装置的实际应用情况,指出在此类系统的光学设计中应重视抑制鬼点破坏和控制系统像差。设计的关键在于确定合适的透镜F数,并通过控制透镜的曲率半径和倾斜角度,在保证无鬼点破坏的情况下使得系统像差较小。     

多程放大系统主放大级光学优化设计

应用系统像差控制和鬼点追迹理论，采用分段优化、整体校合、整体优化的思想，对采用离轴多程放大的高功率固体激光装置的主放大级部分进行了系统光学优化设计.并将设计的结果与优化前的系统进行了对比，为今后此类系统的光学设计提供了参考. 关键词： 离轴多程放大 光学设计 鬼点追迹 系统像差     

ASAP模拟变焦系统中鬼像的研究

 非成像光束在光学系统内表面的多次折射反射容易在像面附近形成光晕或鬼像,变焦系统由于镜片多,机构复杂等往往难以进行全面的分析模拟。利用ASAP软件模拟每个透射面作为部分透射、部分反射的表面,对变焦光学系统非轴上光进行分析,模拟出变焦系统的光学元件表面和光机内壁,实行实际光线追迹,然后以像面为研究对象,进一步实施实际光线追迹,模拟出全部散射光在像面上的能量分布,找出鬼像形成的原因,并在此基础上通过改变二次反射所在面的曲率或改变所在面的折射率两种方法对变焦光学系统进行优化,减小鬼点数目,以提高系统的成像质量。     

三波段光学成像系统设计及鬼像分析

为了对目标的多波段辐射特性进行测量,设计了一套300~1 000nm三波段光学成像系统.该系统共用同一入射窗口,采用两个直角棱镜进行分光,每个波段使用独立的光学成像镜头,能同时得到目标的紫外、可见光和近红外图像.利用LightTools软件对此系统的鬼像进行模拟分析,发现棱镜表面和窗口玻璃之间的光束多次反射之后,经过光学成像镜头聚焦到探测器靶面上,形成了目标的多重鬼像,大大降低了图像的对比度.实验结果表明:采用本文所述方案,三波段成像系统能达到较好的像质;将窗口玻璃和第一个棱镜的角度控制在7″之内可以消除鬼像,对使用棱镜作为分光元件的多波段光学成像系统的设计和研制具有一定的参考意义.