光学相关论题 自适应光学

O4392006010794曲率波前传感器波前重构算法的研究=Study on algo-rithms for wavefront reconstruction of curvature sensor[刊,中]/刘若凡(中科院光电技术研究所.四川,成都(610209)),沈锋∥光电工程.—2005,32(10).—6-9运用衍射理论计算出两个离焦面上的光强分布,从而获得波前曲率和孔径边缘的波前径向倾斜。根据Zernike多项式的微分特性,采用两种不同的方法分别处理曲率和倾斜,使用积分的方法解决了在边界上δ函数很难处理的问题。由探测器的几何分布预先算出控制矩阵,用Zerni-ke多项式曲线拟合的方法重构出波前。计算机仿真表明,波…     

Zernike模式系数传感器的优化设计

优化设计的目的是用最少的通道数（探测器的像元数）探测最高阶的波前畸变。由此使探测器的探测精度高，系统简单，在极弱光探测条件下可探测光强低。由响应矩阵元的定义式可知，影响Ｚｅｒｎｉｋｅ模式系数传感器可探测和重构波前Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式项数的主要因素是探测器的形状，即探测器的内部像元数和边缘像元数及它们的排列形状。如何根据需要重构的Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式的项数来选择合适的探测器像元数及它们的排列，是本文优化设计的研究目的。     

由焦面附近光强分布实现波前重构

介绍了一种由光束在焦面附近几个面上的强度分布重构出光束近场波前的方法。把波前重构问题作为一个非线性优化问题,利用光束口径区域内的正交多项式模拟光束波前相位分布,通过优化多项式各项的系数,使对应的波前分布在焦面附近相应的几个面上的强度分布与已知强度分布的偏差最小,即认为由此时的多项式系数决定的近场波前代表了真实的光束波前。针对方光束口径,利用Legendre多项式模拟光束波前分布,利用共轭梯度算法对多项式系数进行了优化计算;优化过程分为几步进行以减少计算时间。重构得到的波前分布与参考波前分布符合得很好。     

用于光束整形的多功能衍射相位板的设计

提出一种设计多功能衍射相位板的随机搜索和模拟退火混合设计方法利用这种方法,通过采用多个评价函数,可设计出在不同观察面上同时产生所需光强分布的衍射相位板设计用于高斯光束整形的多功能衍射相位板可以在焦面上产生高能量利用率、小旁瓣的光强分布,同时在离焦面上获得具有良好顶部均匀性的光强分布该方法提高了衍射器件的设计灵活性,对于设计同一块器件在光路的不同位置产生所需的光强分布提供了新的思路,在激光武器、激光加工和激光手术等领域有广阔的应用潜力.     

弱散射屏的像面散斑自相关函数特性的实验研究

在对随机弱散射屏进行表面参数的原子力显微镜测量和建立了门积分取样平均的随机光强自相关函数测量系统的基础上,对弱散射屏在严格像面和离焦像面上产生的散斑自相关函数进行了测量。发现在严格像面上,散斑平均颗粒的大小随表面粗糙度增加而减小,且光强自相关函数次极大的相关间隔宽度随粗糙度增加而减小;而次极大的超伏随粗糙度的增大而增大;在离焦像面上,离焦量的增加使光强的自相关函数下降变得平滑,并使极小值点和次极大点变得不明显或者消失。     

基于圆载频干涉图相位解调技术的点衍射干涉术

为测量光学系统出射波前以及动态波前,提出一种基于圆载频干涉图相位解调技术的点衍射干涉术。在传统点衍射干涉仪中调整点衍射板轴向离焦量引入圆载频,通过二阶极坐标变换可以将圆载频干涉图转换为具有准线性载频特征的干涉图,从而在频域中将连续频谱转换为准离散谱,采用傅里叶变换法即可提取相位。仿真波面为利用36项Zernike多项式随机生成,在离焦17λ条件下相位恢复误差的均方根值为0.002λ。实验测量了F/10标准镜头岀射波面,测量结果与SID-4波前探测器一致;实验还实现了有机玻璃材料吸收特性的动态检测。因此采用该技术能够实现光学系统的检测以及动态波面实时测量。     

K-F系统中的波前相位调制与光强调制的转换

研究在由一薄片Ｋｅｒｒ 介质与一块二维反馈镜组成的非线性光学系统中光波前相位与光强的转换过程。根据基尔霍夫衍射定理,导出了单一模式以及小畸变近似条件下多个模式的相位－ 光强转换关系的方程。结果证明：通过衍射,入射波前相位各阶Ｚｅｒｎｉｋｅ 模式成分的大小转换为反馈光光强的非线性调制。     

二次相位采样问题的等效输入场算法

 分析了采样定理与二次相位采样问题的关系;基于菲涅耳衍射公式,推导了离焦位置光场的计算方法,避免聚焦计算中遇到的二次相位采样问题。提出了等效输入场算法思想,将聚焦过程中遇到的插入元件等效为对源场的调制,从而不需要计算插入位置的光场,解决在离焦位置有任意多个相位板的传输计算中的二次相位采样问题。将由等效输入场算法得到的输出光强与由基于菲涅耳积分公式的光场解析式计算得到的光强进行对比,在0~100 mm范围内的各离焦位置,两者相对误差小于10¹³,从而证实了等效输入场算法的正确性。     

无规位相板靶面均匀辐照光学系统研究

 为了探讨用无规位相板实现靶面均匀辐照光学系统的特点,首次进行了靶面在离焦情况下辐照均匀性的实验研究。实验结果表明:靶面在聚焦透镜焦面前后较大范围内均可得到均匀辐照,靶面上光强起伏的平均峰间距小于8μm。     

由Strehl比判断光学系统实际分辨能力

提出了一个根据Ｓｔｒｅｈｌ 比评价光学系统实际分辨能力的近似方法。用高斯分布函数逼近点光源在光学系统焦面上的像斑光强分布,根据瑞利判据,导出了光学系统分辨能力与Ｓｔｒｅｈｌ 比的关系方程。它可根据系统的Ｓｔｒｅｈｌ 比来判定像面上的两个像斑能否分辨开来。     

太阳辐射的在轨监测和定标

采用宽视场设计,逐轨扫描太阳式测量方式的FY-3A太阳辐射监测仪,结合在轨一年半的太阳辐照度观测数据和地面实验与理论分析,研究了影响定标精度的因素,给出了修正方程和曲线,并通过与世界辐射基准(WRR)的地面外场定标实验,得到了FY-3A上的三台绝对辐射计的比例系数R1=1.008 3,R2=1.006 6和R3=1.006 5。日地距离的理论分析和实际太阳辐照度测量曲线均证明:地球近日点太阳辐照度值最大,远日点太阳辐照度值最小,且在±3.34%范围内随日期变化。利用天文公式,结合遥感源包中的准确测量时间,给出了日、地修正系数。另外,分析了冷空间背景辐射对定标精度的影响,给出了冷空间辐射值的计算公式,并结合宽视场设计和扫描式测量的特点,重点分析了采光结束时刻和刚捕获太阳光时刻入射角的差异给辐照度测量带来的影响,通过几何关系给出了入射角修正系数方程及修正曲线。最后,综合各定标修正系数,给出了在轨定标方程和定标曲线,并分析了定标精度。     

Scattering matrix measurements

A technique is proposed to measure the components of the 2 x 2 scattering matrix of a target. Both relative amplitudes and phase are measured. Absolute amplitudes require irradiance measurements involving a reference scatterer to calibrate the incidence irradiance.     

Interferometric method for characterizing the smile of laser diode bars

We propose an interferometric method for the characterization of the smile of laser diode bars (LDBs). The LDB is placed in a Lloyd’s mirror set-up. The beams coming from the LDB and its virtual image produce Young’s fringes, which are captured by a charge-coupled-device array, digitised and saved in a computer as an irradiance matrix. The irradiance matrix is processed in the computer and the smile parameter extracted. The theoretical basis of the method is discussed and simulated fringe patterns of practical situations are presented. A device based on the described interferometric method was mounted and the smile of a commercially available LDB was characterised.     

微型曲面发光二极管阵列照度一致性研究

为提高微型曲面发光二极管(LED)阵列在显示及照明使用方面的舒适度,针对微型曲面LED阵列照度分布的均匀性问题进行研究.采用TracePro光线追迹法分别计算了柱面显示阵列及球面照明阵列的照度分布.计算结果表明,曲面弯曲半径R和光源辐射参数m是影响柱面阵列照度分布的主要因素.通过合理排布阵列像素单元位置,可以增强器件显示均匀度,提高能量利用效率.10×10柱面LED阵列最大平坦化照度均匀度为90.5%.对球面环形阵列照度分布计算结果表明,单环形LED阵列照度均匀性与像素数量无关.影响球面多环LED阵列照度分布的参数主要包括环线分布系数K、环法线与第一环阵列光源法线夹角(?)_0及各环线像素光通量之比φ.以双环LED阵列为模型进行计算,获得最大平坦化照度均匀度为94.8%.调整球面多环阵列位置参数可实现不同照度分布模式.实验对比了微型LED像素单元夹角θ分别为13°,15°和17°时的照度分布,实验结果与理论计算较为一致.本文取得的理论与实验结果可以为微型曲面LED显示及多模式智能照明设计提供参考.     

自动寻日的太阳辐照绝对辐射计

为了准确测量太阳总量辐射,研制了具备自动跟踪能力的太阳辐照绝对辐射计SIAR-3a.介绍了SIAR-3a的原理,提出了双轴太阳跟踪的控制方法.SIAR-3a采用电来标定待测量的太阳总量辐射,可以在测量太阳总量辐射的同时较为准确地跟踪太阳.标定实验中,SIAR-3a在3σ范围内的相对均方根误差是0.06%,已经标定到了保...     

信号光束宽度对不同漂移误差的空间光通信系统误码率影响的研究

信号光束宽度直接影响着空间光通信系统误码性能,光束宽度的选择需要综合考虑多种因素。研究了激光在大气湍流中的光束漂移、光强闪烁和平均光强与光束宽度的关系,得到考虑漂移因素的光强闪烁和平均光强与光束宽度的关系。分析表明在弱湍流条件下,光强闪烁和平均光强与光束宽度和对准精度相关,讨论了在水平路径上未跟踪补偿和跟踪补偿的光束的光强闪烁和平均光强随光束宽度的变化趋势。利用数值方法得到光强闪烁最小、平均光强最大时的光束宽度取值区间,通过光强概率分布关系和实际应用要求实现了光束宽度的优化选取。结果表明,在相同系统信噪比情况下,跟踪光束与未跟踪光束相比,系统误码率低,光束宽度值相对较小,取值区间大。     

Design of Fresnel lenses and binary-staircase kinoforms of low value of the aperture number

The design of plane Fresnel zone plates, and binary-staircase kinoforms, has been analyzed in this paper for a non-imaging application aimed to increase the performance of point-like detectors. They maximize the irradiance at the focal point of the diffractive element maintaining some constrains in the lateral size of the element. The design of the binary-staircase kinoform has been described as an iterative process. Some interesting results have been obtained for the values of the relative aperture number, or F/#. The practical case treated here produces elements with very low F/#. The results shows that the gain of the irradiance at the focal point increases with the focal distance of the binary-staircase kinoform, and decreases with the focal length for a plane Fresnel zone plate having a limited lateral size. The calculation of the width of the irradiance distribution makes it possible to select those solutions that best concentrate the irradiance on the focal plane.     

Infrared irradiance measurement of sources

Experimentally determined irradiance values of various sources in the spectral region 0.8–13 μm have been reported. The accuracy of the spectroradiometer for irradiance measurement has been deduced and the probable uncertainties in its measurement have been estimated.     

The aperture effect on the propagation of partially polarized Gaussian Schell-model beams

Based on the beam coherence-polarization (BCP) matrix approach and propagation law of partially coherent beams, the propagation of partially polarized Gaussian Schell-model (PGSM) beams through an aperture is studied. Numerical calculation results are given to illustrate the propagation-induced polarization changes and irradiance distribution of PGSM beams for the apertured case.     

Optimisation of the light transmission and irradiance distribution of an aspherical lens for 3-D time-of-flight sensors

The irradiance distribution and power transmission in a 3-D sensor, which is based on the principle of time-of-flight (TOF) and uses modulated active illumination, should be optimised because of a large light energy damper and low signal-noise ratio at the receiver detector array. A numerical design of a spherical–aspherical lens with large numerical aperture has been presented to generate a homogeneous irradiance on a measure object from an LED source. Based on the design and analysis of reflection loss, optimisations have been taken to maximise the optical transmittance of the lens. The results show that the total transmittance can be improved by optimising the shape and material of the lens.