开放光路TDLAS气体检测系统光学接收组件设计

针对开放光路TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱技术)气体检测系统中,由于角反射器在生产及使用过程中表面光洁度下降及大气传输扰动造成回波信号入射方向与接收透镜光轴非严格平行,从而导致系统探测灵敏度下降的问题,分析回波信号与菲涅尔透镜光轴夹角不同时的汇聚点偏移量,设计了由圆锥体反射器和抛物面反射器组成的二次光学元件,并运用TracePro光学软件对其参数进行优化。在回波光线-6°~6°入射角偏差范围条件下对优化设计的光学接收组件进行聚光特性模拟。模拟结果表明:优化设计的光学接收组件接收角为4.9°,光学效率为78.24%,与单独菲涅尔透镜及菲涅尔透镜-复合抛物面聚光器(CPC)光学接收组件相比聚光性能明显提高,适用于实际检测过程。     

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

 基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统，具有时间响应快、分辨率高等特点，可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数（包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸）对电子束能量测量精度的影响，并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点，阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响，指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响，需要在数据处理时考虑修正。     

一种同时测量平行偏差、倾斜偏差的方法

提出了一种仅由接收物镜和CCD构成的接收器,通过物镜位置的调整,可以同时完成平行偏差（平偏）和倾斜偏差（角偏）这两个参量的测量.通过对系统像差的分析,提出了可显著降低物镜像差对测量结果影响的算法.理论和实验数据表明,对于平偏测量范围为±10 mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50 mm、CCD尺寸为1/1.6 inch的系统,平偏测量准确度可达0.02 mm,角偏测量准确度可达9.5″.     

基于双CCD的滚转角测量方法研究

提出了一种基于双CCD的滚转角测量方法。测量系统包括两部分:移动部分由通过连接杆连接的两个CCD组成,连接杆固接在被测物上;固定部分包括光源、光开关和两个光学准直器,可以得到两路分别以一定角度相交入射到两个CCD上的准直光束。被测物发生滚转变化时,两CCD也同步变化,通过投射在其上的两个光斑位置变化,可求解出滚转角变化。MATLAB仿真证明被测物的各平动变化对滚转角测量无影响,在200″范围内的俯仰和偏摆变化,引起的滚转角测量误差不超过1″。搭建了滚转角测量实验系统,并与HP5529A双频激光干涉仪测量结果进行比对。测量结果表明,在1000″的测量范围内,系统滚转角测量偏差最大不超过1.5″。     

基于近焦点非球面透镜的LED均匀照明设计

依据几何光学和非成像光学理论,提出了一种基于大尺寸近焦点非球面透镜的大功率LED均匀光源设计方法。在该方法中,首先根据选定参数的LED通过几何光学理论初步设计非球面透镜参数,然后在ZEMAX软件中对非球面透镜参数进行基于评价函数的优化,得到焦距76.79 mm、直径为200 mm的非球面透镜。将非球面透镜导入TRACEPRO软件建模并进行光线追迹仿真,根据仿真结果获得最优透镜参数进行加工和下一步实验。实验结果表明:均匀照明系统可以在60 cm处实现发散角±8.53°的均匀照明,光斑均匀性达到95.82%。     

基于光探针技术的自聚焦透镜光斑测量方法

以扫描探针显微理论为基础,讨论了基于光学纤维探针技术的自聚焦透镜光斑测量方法,介绍了实验系统的构成和测量原理、光学探针的制作和软件控制技术,并且以日本产NSG自聚焦透镜为样品进行了光斑测量和分析.所得结果对于评价自聚焦透镜的成像性能具有重要意义.     

光心指示偏差与焦距测量误差关系的研究

实验中用来测量透镜焦距的光学仪器,由于透镜在加工、安装等方面精度的限制,其光心的准确位置无法确定,即透镜光心在光具座轨道标尺上的实际位置与指针所指示的位置之间存在一定的偏差.这种偏差一般较小,实验中常被人们忽视.但若物距的大小选择的不适当时,常给焦距测量结果产生较大的影响.该系统偏差对焦距测量结果的影响趋势如何呢?笔者做了理论分析和实验验证.     

光学平台微角振动精密测量技术

对机动光学平台稳定性的特别关注是因为它是决定光束定向辐射效果的重要因素之一，平台微角振动测量是研究平台稳定性、进行减振控制必不可少的重要环：节。平台微角振动测量本质上是一种对空间动态角移的测量，所采用的光学手段是建立在以光的直线传播定律、反射定律和折射定律基础上的几何光学测量方法。该方法将探测光束作为振动信息载体，通过特殊结构的几何光路与精密位置传感器PSD有机结合来达到探测平台动态微角移的目的。     

基于透镜阵列的三维姿态角度测量

三维姿态角的精确测量在航空、航天、国防等领域应用广泛,为方便准确地实现三维姿态角的测量,本文设计了一种基于透镜阵列的测量系统,并建立了微小三维姿态角测量分析模型。系统中,准直平行光束通过4个排列成金字塔形的阵列透镜,在CCD上形成规则分布的阵列光斑。通过分析CCD成像光斑间的距离、透镜阵列上相邻孔径之间的距离以及透镜阵列与CCD之间的倾斜角,可以得到光束相对于接收系统俯仰角和偏摆角,利用阵列光斑连线相对水平或垂直面的夹角,可同时得到绕Z轴的滚转角。通过与高精度自准直仪测量结果进行比较,证明所提方法的测量精度可以达到RMS≤0.1″,表明该方法能够实现三维姿态角的测量。     

电场作用下的变焦非球面液滴微透镜

提出了一种制作变焦非球面液滴微透镜并在线检测其光学性能的新方法。在实时进行光学检测的条件下,选择光固化材料,利用电场作用操控液滴透镜的面形实现变焦,在检测到较好的透镜面形和聚焦状态时,采用紫外光固化技术使液滴透镜固化,可制作具有良好光学成像和聚焦性能的非球面微透镜。研制了紫外光固化非球面液滴微透镜制作平台及在线检测系统,实验观察并讨论了液滴透镜面形和聚焦光斑随电场作用的变化规律,成功实现了液滴透镜的变焦,并获得了良好的非球面面形和聚焦光斑,证明了用此方法制作高成像性能的非球面微透镜的可行性。     

应用四元数方法对光存储光学系统的建模

光存储中的光学系统是一种非同轴光学系统，其中各个光学元件的设计位置与装配精度是保证系统光线正常传输并获得准确信号的前提。四元数方法是一种可以方便地描述空间光线的传输计算与坐标变换的数学方法。通过将四元数引入到光学头光学系统的建模中，使用四元数法表征非同轴光学系统的传输方式，并给出建立光学元件的设计、安装参数与聚焦光斑、读出光斑之间关系的流程图。据此模型对各个独立的研究对象进行分析的结果，对光存储中光学系统的设计与生产装配工艺的制定有指导意义；同时,以此模型分析物镜的连续运动对光斑和读出信号的影响，对光学头中的可执行机构力矩器的设计有实践作用。     

用光具组测定光栅1级角色散的研究

对用分光计测定光栅常数为1/300mm透射光栅1级角色散的方法进行了改进,给出了引入自组光具组进行测量的方法.改进后的方法充分利用自组光具组基本特性参数在较大范围内连续可调的优点,克服传统的用分光计测量方法中光路的关键参数不可调节的不足,从而提高了测量精度.自组光具组的引入,也起到使光路参数选取具有多样性和丰富光路调整内容的拓展功能.     

激光天线设计与光斑保持的角量法原理

为了满足船舶激光多环检测和自动跟踪目标多环补偿技术匹配天线的需要,用简便的角量法设计了激光天线.通过三次代数方程进行天线主镜和副镜的设计,并通过检测误差信号对角量的控制来调节主、副镜的双镜距以达到激光传播过程中光斑保持稳定不变.设计原理与实验数据符合,适用于工程应用.     

导板光互连光斑位置偏移的研究

随着人们对信息处理与交换速度和容量提出的更高的要求,出现了光互连．它具有并行处理、传播速度快、信息量大、空间频带宽、串音小和能量损耗低等优点,因此它在光计算机和信息处理领域中成为越来越吸引人的课题［１～４］提出光电结合的计算机系统．实现光－电混合计算．ＳａｕｅｒＦ提出了将电子元件组成的电路板安装在光导板上的方法［５,６］．每个电路板除了包括计算机本身要求的功能外,还装上发射信号的光源和接收信号的探测器,借助全息元件的耦合,以光导板作为光信息交换的通道．这种互连方式传输信息,结合光电优点,利用Ｂｒ…     

一种新型液体浓度检测系统研究

以光电位置敏感器件作为接收器件,提出了一种利用双折射光透方法的液体浓度检测系统.该系统主要由半导体激光器、光学系统、位置敏感器件信号调理电路、单片机系统、A/D转换电路和显示电路组成.该检测方法的准确性进行了理论分析和实验仿真,并分析了影响检测结果的主要因素.实验表明,温度漂移和光源强度对本系统的影响非常小.     

角量控制的激光天线设计

在多环检测系统理论的基础[4,5]上,通过对激光天线单镜和双反射镜的高斯光束的传播规律和双镜距控制光斑稳定不变的实验数据[1,2],来进行激光天线的设计。设计采用了高斯光束控制入射光束的光腰位置,对天线副镜和主镜的入射角、反射角和天线发散角的控制方法,设计了天线的副镜和主镜的曲率半径、焦距和直径,达到了光斑保持的目的。计算公式简单,使用方便,计算公式和实验测定的数据误差在工程设计要求的范围以内,适合工程设计的需要。     

Centroid position deviation of distorted cat-eye effect reflected beam

Based on the definition of first order moment and the approximate three-dimensional analytical formula for oblique laser beam passing through a cat-eye optical lens with center shelter and inclined detector, the analytical expression of centroid position of the cat-eye effect reflected light under far-field condition has been deduced. Variable laws of centroid position deviation at the return place are performed by numerical calculation, and analyzed physically. The results show that the centroid position deviation is directly caused by the oblique incidence of the detected laser, and the focal shift of cat-eye optical lens plays a more important role in the increase of the centroid position deviation.     

高精度光学对准测量装置的设计

设计了一套光学对准测量装置,该装置主要由面阵CCD相机、光学镜头、图像处理模块、LED红光光源、球面反光镜组成。介绍了测量原理,测量目标采用等腰三角形排列,通过面阵CCD对目标所反射的图像进行采集,由图像处理模块对该图像进行实时处理,能够同时得到X、Y、Z以及旋转角度等四维坐标数据。推导了光斑图像坐标和被测平面距离等计算公式,并进行了对准精度分析。结果表明,该装置位置误差〈1mm,角度误差为0．24°,实现了高精度、自动、快速对准测量。     

激光微角偏移测试系统研究

针对火炮出厂前的校瞄工作存在自动化程度不高、测试结果分辨率和精度低的缺点,设计了一种新型激光微角偏移测试校瞄系统。该系统由位置灵敏探测器(PSD)、准直平行激光管与二维精密旋转控制器构成。采用光电转换和信号处理技术,可实时获取火炮身管轴线的微角偏移量;利用相对简单的方法完成了高精度的测试,有效地改善了传统校瞄方法的不足。实验测试结果表明,该系统可在炮管仰角0°~70°范围内全程测试微角偏移量,其分辨率可达到0.001°,可广泛应用于不同口径火炮身管轴线的校瞄工作中。