基于LabVIEW的LED三维特性检测的研制

为了解决传统配光曲线只能反映LED发光二维特性、立体感太差及不便于人为观察比较的难题,提出一种新的基于高级图像编程语言(LabVIEW)的LED三维特性(光强空间分布)快速检测方法。在传统光强空间分布检测方法的基础上,采用多路光度探测单元同步测试,可在0.2s内一次性由31个探测单元同步测得LED光源的二维光强空间分布（配光曲线）。通过增加旋转机构转动待测LED样品,依次测得i(i=180°/α)条配光曲线。最后由自研软件将i条配光曲线进行数据汇总处理,便可得到LED光源的光强空间分布的三维立体图。该检测方法具有速度快、精度高、信息量大等优点,并且具有实时性和直观性。     

透射式能见度仪LED光源表面特征对能见度测量的影响

从透射仪的光学测量系统出发,理论分析了光学测量系统光源对透射仪探测光束远场光斑特性的影响。结合LED光源的发光原理,研究了LED光源的表面特征,分析了LED光源表面特征与透射仪能见度测量的关系。通过仿真实验证实了光源表面特征对透射仪探测光束准直和能见度测量稳定性产生影响。研究结果表明,LED光源表面特征会影响探测光束远场光斑能量分布,在50 m基线下,使得透射仪探测光束准直中心发生位置偏移25 mm,接收光强最大变化20%,从而影响透射仪发射端对准和能见度测量。通过加扩散片和光阑限制可以明显改善远场光斑特性,远场光斑中心能量分布趋于均匀,在中心区域内接收光强变化在1%以内。     

偏振方向对阵列光束远场能量分布的影响

为了研究相干合成系统发光单元的偏振方向对相干合成远场光强分布的影响,以1维线性分布的阵列为例,利用傅里叶方法分析得到了单个发光单元的偏振方向偏离时相干合成的远场光强的解析表达式。数值计算结果表明:光源偏振方向的偏离使得远场中心光斑的峰值光强减小,光强的最小值不再为零,次瓣所包含的能量增大,但图样仍成对称性分布。对于5个单元合成系统,当单个发光单元偏振方向偏离π/2时,峰值光强减小到原来的68%左右。     

外腔锁相二极管激光列阵的超模

 利用耦合理论推导了通过外腔反馈实现锁相运行的激光二极管列阵所满足的本征值方程。在忽略非相邻单元间耦合的串联运行方式下，解析求解了包括端面反射的列阵方程的本征值。求出了各阶超模的近场分布，并得到了考虑单个发光单元影响时的远场分布，具体为：当列阵运行于基超模时，近场各个单元间的光场同相，在远场中心位置出现光强主极大；而在其它高阶模式，近场各个单元间光场不同相，远场光强主极大出现在中心位置两侧；远场总体受到单个发光单元近场分布函数的调制。     

LED天幕灯的光学设计

天幕灯是一款用于近距离照射大面积幕布的特殊灯具。为了在限定的区域内获得幕布的均匀照明,天幕灯需实现非对称、大角度的特定出射光强分布。基于几何光学和辐照度理论,首先建立满足幕布均匀照明要求的天幕灯配光曲线模型,然后再根据LED光源的发光特性进行二次光学设计,使LED天幕灯的出射光强分布与所需的配光曲线模型相匹配。根据能量守恒定律将配光曲线模型进行均匀离散化处理,建立直射和反射的有效叠加和补偿,依此设计得到反射面面型,实现照明要求。通过Zemax对所设计的LED天幕灯进行模拟仿真,结果表明,满足配光曲线的LED天幕灯可以通过多个灯具的简单照明叠加实现在近距离范围内对不同大小和形状的幕布进行均匀照明,其照明均匀度可达到85%以上,能量利用率可达到80%以上。     

近场分布式光度计的研究进展及应用

亮度计成像精度、存储器数据容量和计算机运算能力决定了近场分布式光度计的探测能力。随着成像技术和计算机技术的发展,近场分布式光度计的测量性能有了革命性的提升。介绍了近场分布式光度计的工作原理,归纳了近场分布式光度计相对于远场分布式光度计的优势。综述了国内外近场分布式光度计的研究进展,对比了部分国内外产品的性能指标。针对近场分布式光度计元数据精度不足、扫描重构速度偏慢和溯源装置适应性受限的现状,从部件、软件和系统等方面归纳了相应的解决方案。结合近场分布式光度计的特点和优势,展望了其在照明显示、交通运输、工业视觉和文物保护等领域的应用。     

几种照明光源的发光特性比较与分析

本文采用GO-R5000全空间分布光度计测量获得若干种照明光源的配光曲线及三维光强分布图,主要包括白炽灯、节能灯、荧光灯、高压钠灯和发光二极管。通过比较分析了各者的峰值光强、光通量和光效等光学参数的差异,研究结果可为新型照明光源的设计与研发提供实验参考依据。     

红外热辐射光源配光特性的快速测量及仿真

红外热辐射光源在光声光谱检测等领域具有重要的应用价值,明确其配光特性是后续光学系统设计的基础。根据水冷散热下红外热辐射光源辐射通量的变化规律,提出快速获取高功率红外热辐射光源配光特性的方法并对其进行相关验证。实验结果表明,光源辐射通量的最大值在80°的角度处,两侧的辐射通量缓慢减小,能量分散在0°~130°的角度范围内,其中54.5%的能量集中在50°~110°的角度范围内。在长时间稳定的辐射状态下对配光特性进行对比实验,验证快速测量方法的准确性和有效性。在ZEMAX软件中突破光源角度的限制,使用测得的数据建立模型并模拟实验流程进行验证。在缺少高功率红外热辐射光源配光曲线的情况下,所提方法可以简单快速地获取配光特性,为光学设计提供初始条件。     

弹载脉冲光源有效光强空间分布测量装置研究

研究了脉冲光源有效光强空间分布的Blondel-Rey法，采用复合梯形数值积分实现了瞬时光强的测量，并对高色温光源测量时的光谱失配校正进行了分析。构建了基于双反射镜同步测量原理的脉冲光源有效光强空间分布测量装置，详细分析了全空间分布式旋转平台、脉冲光强探测系统、光谱失配校正用高分辨率光谱仪等重点组成部件。采用高色温调制光源对测量装置进行了校准。最后，对该装置的测量不确定度进行了分析，其扩展不确定度可以达到3.0%。     

成像法测量积分球的亮度均匀性

为测量某项目中经过投影物镜观察到的胶片位置处的亮度均匀性,设计采用了成像式亮度测量方法,该方法能够获得整个辐照面的相对亮度分布,较传统的采用光辐射计、光电池等采点取样测量方法便捷经济,采用成像式亮度测量方法测量得到的不均匀度为4.24%,与采用光辐射计测量得到的不均匀度3.92%基本一致,相对误差仅为8.16%,该方法可以推广应用于太阳模拟器均匀性检测及场馆均匀照明检测等方面。     

基于达曼光栅的快照式斯托克斯偏振测量方法

斯托克斯偏振测量常被用于获取光束的偏振特性。提出一种利用偏振无关的达曼光栅快照式测量偏振光束斯托克斯参量的方法。偏振光束通过达曼光栅后在空间对称的位置上被分成4束,这4束光经波片和线偏振器调制后,最终被CCD采集。将单次快照采集的光强图简单叠加运算就可计算得到偏振光束的斯托克斯参量,并可进一步计算得到偏振光束的偏振分布、矢量质量因子（VQF）和模间相位。所提测量方法对不同椭圆偏振光的测量结果与商用偏振测量仪的测量结果之间的平均相对误差为6.97%。所提方法的测量装置简单,无需转动任何器件,单次快照就可完成测量,具有可靠的测量精度。     

激光束畸变波前高频相位的恢复效果分析

运用逐次逼近迭代法恢复近场畸变波前的高频相位,定量分析了高频相位恢复效果与滤波器截止频率之间的关系,并进一步讨论了近场和远场光强噪声扰动对恢复效果的影响。研究结果表明:随着滤波器截止频率的增大,即对近场波前相位探测器要求的提高,逐次逼近迭代法的高频相位恢复效果会越来越好。此外,高频相位恢复效果随近场或远场光强噪声扰动的增大而变差,其中,近场光强噪声扰动对恢复效果的影响相对较小,而远场光强噪声扰动对恢复效果的影响则明显得多。在实际工作中,为了获得较好的近场高频相位的恢复效果,不仅需要合理地对近场低频相位测量提出要求,而且还必须尽可能减小光强分布测量的误差,特别是尽量减小远场噪声光强的影响。     

基于CCD成像方法的激光束近场光强分布测试技术?

激光束近场光强分布是影响激光束特性的重要参数之一,为了使目前激光束近场光强分布的评价更加合理和科学化,对CCD直接测量法和漫反射屏测量法两种测量方法进行了研究,并分析了材料不同的漫反射屏对测量结果的影响。研究结果表明,漫反射屏材料的不同对测量结果有较大影响,并且漫反射屏测量法存在的散斑对测量结果影响也较大。两种测量方法比较表明CCD直接测量法测得结果更加客观,与真实值更加接近。     

近场照度均匀的LED阵列设计

通过分析多颗LED组成的各种阵列在近场平面上的照度分布,来设计可实现近场照度均匀的LED排列方式和距离。基于LED的光强分布,构建单颗LED的光强分布模型（并非朗伯分布）,给出了方程和等式用于计算不同排列方式下的LED分布距离和封装密度,以实现近场平面上的照度均匀。     

光学参数对激光阵列相干

利用傅里叶光学方法,获得了相干合束远场光强的解析表达式,讨论了相位、振幅和发光单元数目等光学参数对远场光束质量的影响。研究结果表明:随着参与合束的发光单元数目的增加,尖峰变锐;同相模的光能集中在更小的立体角内,使得相干合束的亮度增加;异相模的光束能量较为分散,其峰值光强有所降低;随着振幅比β的减少,相干合束远场光强的峰值相对变化率增加,远场光强分布出现了本底现象,远场干涉条纹对比度降低。     

部分相干光照明下光栅的塔尔博特效应

首先利用部分相干光理论详细地分析了在部分相干光照明下光栅的菲涅耳衍射,给出了观察面上衍射光强分布的一般公式,并就光源的发光面积对光栅塔尔博特效应的影响进行了讨论,得到了光栅衍射光强的分布随着照明光源的发光尺寸的增加而逐渐变得平滑这一结论．并且,当光源发光尺寸增加到毫米量级时,光栅的塔尔博特效应将完全消失。在实验上埘不同发光尺寸的扩展作相干光源照明光栅时的菲涅耳衍射光强进行了测量,实验结果与理论分析得出的结论相符合。     

阵列型LED灯具远场距离分析

LED灯具通常为阵列式排布的面光源,为实现对灯具光强分布进行准确测量,照度探测器需要距离待测灯具足够远,使得面光源可近似为点光源,该距离即为远场距离。针对目前对远场距离进行规定的多项国家标准相互间不统一,且标准只考虑灯具发光面最大尺寸单一参数等问题,对阵列排布式LED灯具的远场距离进行研究,计算了不同配光分布、阵列排布方式、阵列密度、阵列尺寸下灯具的远场距离,并详细分析各参数对远场距离的影响,给出远场距离设定的建议,为确定阵列型LED灯具远场距离的光强分布的准确测量提供参考。     

光源近场测量在LED光学设计中的应用与研究

在LED光学设计中,传统方法多以LED光源的远场测试数据为设计依据,而远场测试仅仅是对LED光源相对粗糙的测量,并不能精确地描述光源的空间光分布情况。对LED光源详细空间光分布信息的获取,即LED光线集的获取已经成为LED光学设计的瓶颈问题。获取并合理利用精确、详实的LED光源信息尤其是光源空间光分布信息是LED光学设计的关键点。分别利用单颗LED芯片和LED模块做了两组对照实验,并利用照明解析软件对获得的实验数据进行处理和分析,通过对比实验中光源远场测试和近场测试获得结果之间的差异,强调了通过LED光源近场测试获取光源光线集对LED光学设计的重要作用。实验结果表明,LED光源近场测量获取的光源光线集可以为LED光学设计提供更为详细的光源的光空间分布信息。     

单模及多模光纤折射率分布测量方法研究

通过对几种单模及多模光纤折射率分布测量方法的分析研究，得到单模光纤与多模光纤折射率分布测量方法的根本区别。由于单模光纤芯径比较小，因而只能用波动理论分析其传输机理，其中的远场法和近场法测量都是基于标量亥姆霍兹波动方程，即以单模光纤的基本传输理论进行测量；而多模光纤由于其芯径比较大，故而用射线理论分析其传输原理较为合理。多模光纤的折射近场法和近场扫描法均是以纤芯半径处数值孔径不同，对应的折射模和传导模不同为依据来进行测量的。     

多边形光纤远近场扰模特性

天文探测中类地行星的探测需要进一步提高视向速度的测量精度。但圆形光纤扰模效果不佳所引起的入射信息变化时的谱线漂移,成为限制测量精度提高的一个主要因素。采用多边形光纤改善光纤传输系统的扰模特性。利用搭建的测试光纤远场和近场光斑质量的光学系统,通过对光纤出射场光斑质量进行评价,研究了圆形、长方形、正方形和八边形光纤在不同入射条件下的远场和近场分布及远场光斑的光强变化和近场光斑的质心偏移,得出了不同光纤的扰模增益系数。实验表明,在相同入射条件下,多边形光纤具有较好的扰模特性,其中八边形光纤的远场光强变化最小,近场光斑质心偏移最少,扰模特性最好。以八边形光纤代替圆形光纤,可有效减小入射偏差引起的谱线漂移,提高视向速度的测量精度。