基于“猫眼效应”的目标识别

 阐述了“猫眼效应”的基本原理，并在此基础上对“猫眼效应”进行了实验验证。实验结果表明，光电探测器的确存在“猫眼效应”。利用“猫眼效应”进行远距离的目标探测与识别能够简化系统并有效提高目标探测识别的概率，对今后选取合适的方案进行空间目标捕获、跟踪和瞄准有一定的参考意义。     

激光辐照猫眼光学镜头时的反射特性机理研究

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法, 对激光束辐照猫眼光学镜头时产生的猫眼效应机理进行了理论推导. 通过数值计算对猫眼效应的反射规律进行了分析, 并利用532nm激光辐照一个变焦范围为12—72mm的光学镜头进行了猫眼效应的实验验证, 从而得出了猫眼效应反射光特性与入射激光参数以及猫眼光学镜头的口径、焦距、离焦量等基本参数之间的关系. 研究表明, 猫眼效应反射光特性与猫眼光学镜头参数和入射激光参数密切相关, 且当猫眼光学镜头位于近场和远场的情况有很大不同. 根据入射光束 关键词： 猫眼光学镜头 猫眼效应 高斯光束 反射特性     

基于“猫眼效应”的超视距视轴对准可行性分析

 根据光电探测器的“猫眼效应”,针对成像光学系统的视轴,从理论上分析了利用激光对超视距系统进行视轴对准的可行性,特别分析了激光器输出功率参数、接收探测器焦平面是否离焦等关键参数。研究结果表明,基于“猫眼效应”的超视距系统进行视轴对准在理论上和实验设计上是可行的。     

探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响

 光电装备的光学窗口对入射激光有较强的反射特性，即猫眼效应现象。为了研究利用猫眼效应来进行主动探测的适用条件，弄清探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响，建立了斜入射猫眼效应反射模型，分析并仿真了探测激光在目标系统处的入射角不同的情况下的后向反射激光特性，以及探测系统所能够接收的原路返回激光的远场能量分布情况。结果表明：对于特定的目标系统，猫眼效应现象只存在于一定的探测激光入射角范围之内，在此范围之内，猫眼效应反射特性与探测激光的入射角关系密切；基于猫眼效应的激光主动探测、定位等应用也是可行的。     

激光跟踪测量系统中的光学误差分析

论述了在激光跟踪测量系统中由跟踪转镜机构和猫眼逆反射器产生的光学误差,并分析了它们对测量结果产生的影响。通过仿真得到了"计算中心点"的坐标。利用光学理论计算了跟踪转镜机构入射光束偏心和镜面偏心产生的误差。从猫眼的球度误差、材料折射率误差和光学中心误差几个方面对猫眼产生的光学误差进行了分析。结果表明,猫眼的误差对测量精度影响较大,因此要求猫眼精度要高。     

利用Zemax分析“猫眼效应”的激光反射特性

利用Zemax镜头设计软件建立了共轴的简化"猫眼效应"反射模型,并结合其强大的物理光学传播分析功能,仿真分析了目标镜头的口径、焦距、焦平面反射元件尺寸、倾斜度等主要参数对"猫眼效应"激光反射特性的影响。仿真分析的结果表明,目标镜头的"猫眼效应"激光反射特性是受目标参数和入射激光特性所共同制约的,对于空中目标来说,其"猫眼效应"的激光反射特性完全可以为激光主动探测所用。     

激光辐照光学镜头猫眼效应反射率测试

 为了验证普通光学镜头猫眼效应的存在性和应用可行性,利用532 nm激光辐照调焦范围为12～72 mm的普通摄像镜头,测试了猫眼效应绝对反射率及其与镜头焦距、F数、入射角等参数的关系。采用双光路同时测量法,解决了猫眼效应反射光与入射光相互干扰不易测试的问题。结果表明,该镜头的猫眼效应绝对反射率最高可达35.87 ％,并且与焦距正比,与F数和入射角成反比;近场时的几何发散角与焦距和F数成反比。     

猫眼谐振腔氦氖激光器理论分析

猫眼逆向器作为谐振腔镜与一个凹面镜构成猫眼激光谐振腔.精确计算了三种猫眼逆向器(即理想猫眼逆向器和两种存在误差的猫眼逆向器)的逆向平行反射性，并对应用这三种猫眼逆向器的谐振腔中高斯光束的各项参数进行了深入分析，得出结论：对于高斯光束，凸透镜的焦距、凹面镜曲率半径、凸透镜与凹面镜间距三者相等的猫眼逆向器为理想逆向器，其逆向平行反射性最好，此时猫眼谐振腔处于理想状态，基模模体积最大，远场发散角最小，稳定性最好；在猫眼谐振腔的设计中，要尽量减小猫眼逆向器中凸透镜的焦距，增大凹面输出镜的曲率半径；猫眼逆向器存在误差时谐振腔的各项性能将受到影响.为猫眼谐振腔激光器的设计提供了理论依据.     

Optical properties of light filter designed on absorbing axicon

The optical properties of a light filter designed based on an absorbing axicon are studied. It is shown that if axes of the filter and a radially symmetric incident beam coincide, then the light transmission through the filter is minimal. This phenomenon can be used to find the beam center, radius and divergence, as well as to form properly collimated Gaussian beams. The filter allows the apodization and continuously tuning of the laser radiation intensity.     

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.     

Fiber coupling efficiency for random light and its applications to lidar

Employing the van Cittert-Zernike theorem of classical coherence theory, we derive a general expression for the efficiency with which quasi-monochromatic random light can be coupled to an optical fiber by means of a lens. For the important case of a source with Gaussian intensity distribution, we obtain and discuss the dependence of the coupling efficiency to single-mode fibers on the lens-to-fiber coupling geometry as well as on the ratio of lens size to speckle size. A specialization to the emerging fields of both incoherent and coherent fiber-based lidar applications shows that a maximum coupling efficiency of ~42% can be obtained for a monostatic system.     

三环位相型光瞳滤波器的横向超分辨与轴向焦深扩展

用矢量衍射方法分析了线偏振光入射到带有三环位相型光瞳滤波器的高数值孔径物镜时,焦点的轴向和横向光强分布.数值模拟结果表明,高数值孔径物镜聚焦时需同时考虑光强的轴向和横向分布.通过加入三环位相光瞳滤波器,在实现横向超分辨的同时实现了光学系统轴向焦深扩展和轴向光强分布平坦化,并且位相调制深度变化时,会出现轴向焦移现象.对三环位相光瞳滤波器结构进行了优化,得出了优化结果. 关键词： 光学超分辨 扩展焦深 位相型光瞳滤波器 矢量衍射方法     

高斯光束经过负球差透镜的聚焦

本文讨论高斯光束经过负球差透镜的聚焦，得到了聚焦光场轴上点的光强分布的表示式，并对其进行数值计算。数值计算结果表明，在负球差的情况下，得到光强的最大点位置（最佳聚焦点）相对于无球差情况，往透镜方向移动，并且，最佳聚焦点的光强较无球差时大，当Ｎｗ＝１，Ｎａ＝５，ｋＳ１＝－０．２时，得到的最佳聚焦点的光强是无球差时的１．３４倍。本文还讨论了透镜的菲涅尔数对聚焦光场分布的影响。结果表明，当透镜的菲涅尔数小于１时，球差对高斯光束的聚焦的影响可以忽略。     

Generation of multiple focal spot and focal hole of sub wavelength scale using phase modulated LG (1,1) beam

Based on the vector diffraction theory, the effect of phase modulation on the intensity distribution on tight focusing of cylindrically polarized Laguerre–Gaussian beam in the focal region of high NA lens is investigated theoretically. It is observed that a properly designed complex phase filter can generate multiple focal spot and focal hole segments useful for the manipulation of optical traps.     

电视导引头的激光回波分析

阐述了用激光主动扫描法侦察远方飞航导弹来袭方位的原理及实验技术。以电视导引头光学系统为例,运用矩阵光学追迹法对影响“猫眼效应”回波强度的因素进行了定性和定量的分析。研究结果表明:回波强度受导引头光路中光学镜头的相对孔径、摄像管靶面倾斜和离焦的影响较大;扫描激光光束的入射角等因素对回波强度也有一定的影响。在主动扫描装置与被探测导引头相距约5000m、扫描光束的入射角为0.1rad的条件下,导引头光学系统反射面倾斜和离焦使得侦察装置接收到的回波能量与发射脉冲能量之比由理想条件下的1.0%分别下降到了0.004%和0.3%。     

基于菲涅耳透镜开放光路天然气泄漏检测系统设计研究

天然气泄漏直接导致能源浪费和环境污染,造成重大经济损失。以可调谐半导体激光吸收光谱技术为基础的光学检测方法具有精度高、选择性强、响应速度快以及远距离遥测等优点,使其成为天然气站场以及天然气输运管道在线监测的理想方法。可调谐半导体激光吸收光谱与谐波探测相结合,设计了一套开放式长光程的用于天然气泄漏监测的实验系统。它以中心波长为1.65 μm的分布式反馈InGaAS激光器为光源,利用实心角反射器,在发射端以菲涅耳透镜为光学接收系统,把反射回来的光聚焦到InGaAs探测器。同时,在测量过程中,考虑到光强变化对浓度的影响,并通过归一化光强的方法进行消除,使光强波动引起的误差小于1%。在320 m的光程下模拟管道泄漏实验,系统的检测灵敏度为0.1(10-6体积比),根据光学系统收光效率以及探测器的可探测性能进行分析的最小光强,计算得到该系统可探测的光程可达2 000 m,证明完全满足天然气泄漏检测的需求。     

高斯光束对标准硅球直径测量的影响分析

针对高精度硅球直径测量系统的特点,分析平面波反射光的多光束干涉和双光束干涉,以及正入射时高斯光束反射光中心的多光束干涉和双光束干涉,对不同条件下的高斯光束反射光中心的干涉光强进行了数值模拟.对采用五步相移算法时高斯多光束干涉的影响进行了研究,给出了特定参数条件下不同束腰ω0和传播距离z时的最大相位误差,当ω0=5 mm,z=2000 mm时的最大相位误差达0.08%.     

Tuneable edge enhancement filters for optical correlation

Difference of Gaussian (DOG) filters, a form of wavelet filter, are an extremely useful preprocessing tool for the enhancement of image edge data. The DOG filter is highly tuneable by control of the standard deviations of its constituent Gaussian distributions. These can be used in the frequency plane of optical correlators and implemented in the form of a static non-updateable filter. This article reports on a simple optical technique using photorefractive materials whereby a filter, updateable in real time and very similar to the DOG filter, is implemented by tuning the intensity of the hologram reference wave to give enhanced modulation in a selectable frequency band. This is called a tuneable photorefractive (TPR) filter. The results of the DOG and TPR filters are compared with those of the phase-only filter and classical matched spatial filter with respect to the criteria of signal-to-noise ratio, Horner efficiency and discrimination capability.     

The Design of Flat Intensity Lenses for Optical Pick-up Units

Beam-shaping optics are used in optical pick-up units to improve the optical power efficiency of the light path. In this paper a flexible method is presented to design beam-shaping optics with aspherical surfaces transforming the intensity profile of the light beam into any desired profile. The method is applied to a collimator lens that transforms a Gaussian beam profile to a flat top.     

线结构光传感器中非线性光源单向扩展光路设计

为了减小线结构光传感器光源对测量精度的影响 ,设计了一种集整形和能量校正为一体的非线性光源单向扩展光路。应用反高斯分布的液体吸收滤光镜 ,实现了高斯光束强度的径向均匀化。并应用矩形光阑和两个相互垂直放置的柱面镜 ,对准直后的激光束进行整形 ,分别在不同的方向进行拉伸和压缩 ,得到了形状理想的线光源。此技术已成功应用于BGA芯片管脚的三维尺寸测量中。