光学弱相干反射测量系统频谱分析

本文在弱物体近似下从成象系统角度研究了光学弱相干反射测量术,分析了该技术测量时信号的形成机理.结果表明它相当于一线性平移不变系统,具有高通滤波特性,直接测量的是缺陷分布的高频信息.本文的工作为定量分析测量结果及进一步提高空间分辨率提供了理论依据.     

双路光谱展宽的钛宝石飞秒光学频率梳系统

对中国计量科学研究院研制的第一代基于钛宝石飞秒激光器的光学频率梳系统进行了改进和优化. 通过对激光器重复频率、光谱展宽以及拍频信号探测等方面的改进,有效地降低了光谱展宽的复杂性,提高了飞秒光学频率梳系统的稳定性和激光频率测量的便捷性. 采用该光学频率梳系统对碘稳频532 nm和碘稳频633 nm激光绝对频率进行了测量,测量结果在国际推荐值的不确定度范围之内. 关键词： 光学频率计量 飞秒光学频率梳 光谱展宽     

气流加热对气动光学效应的影响

以光束穿过三维高速流场为物理模型,研究了由于辐射加热气流对流场的干扰及激光束穿过流场后光束远场的分布。应用二维哈特曼波前测量系统,对高功率光束在风洞高速气流传输中的气动光学效应进行了测量。结果表明,气流未电离情况下,激光与高速气流相互作用对气流的温度、密度等参数影响很小,通过该区域流场的光束波前基本没有变化。     

玻璃表面层对薄膜光学参数测量的影响

利用p偏振光在镀膜平板玻璃前后表面反射光强比γ与膜层光学参数之间的密切关系,给出了玻璃表面层的光学参数分布。对典型的薄膜系统-单面镀膜与双面镀膜两种情况,理论分析了玻璃表面层对薄膜光学参数测量的影响。实验上对PMTES和SnO₂薄膜参数进行了测量,仅当计及玻璃表面层作用时,反射光强比γ的角度调制曲线才与理论拟合结果相吻合.     

储存环光学速调管磁场分析

在合肥国家同步辐射实验室的储存环上，插入件光学速调管已安装完成，对光学速调管的磁场分布进行了一些附加测量，分析了横向磁场的空间谐波分量；测量了积分场的分布，对积分场变化的原因作了一定探讨。还测量了磁场横向分布的均匀度，为将要进行的相干辐射和自由电子激光研究提供实验数据；最后用实测的磁场对光学速调管自发辐射进行了数值模拟，结果表明这个光学速调管基本上满足实验要求。     

一种激光雷达测量海洋光学参数的新方法

为了拓展海洋光学参数的激光遥感测量手段,借鉴高光谱分辨率多普勒激光雷达对大气散射信号的测量机制,提出了一种利用激光雷达水下后向散射信号测量海洋固有光学参数的新方法。在原理方面,描述了测量系统的组成和利用碘分子吸收滤波器实现水分子瑞利散射信号和悬浮物米散射信号的光谱分离测量方法, 在结论方面,给出了利用海水激光后向散射信号实现海水悬浮物后向散射系数和海水体消光系数的具体反演算法。     

飞秒激光作用下质子产额及空间分布

在超短超强激光装置SILEX-Ⅰ上,利用HD810辐射变色膜在靶背法线方向测量了质子产额及空间分布。测量结果显示:光学密度与质子流量密切相关,光学密度越大,质子流量就越大;当C8H8厚度相同,Cu厚度增加时,质子产额随辐射变色膜的光学密度平均值减小而减小;当靶相同,激光功率密度越小时,光学密度平均值就越小,则质子产额也越小;实验中还得到了质子呈环状、成丝和圆盘状结构的空间分布,该空间分布的大小与激光焦斑大小无关。     

雾化场光学全息与数字全息联合测量

针对雾化场光学全息测量存在干板湿化学处理繁琐、再现像采集耗时的问题,提出光学全息与数字全息联合测量的方法,建立由同轴光学全息、同轴数字全息以及数字延迟信号发生器组成的测量系统,并以双孔直射式喷嘴产生的雾化场为测量对象,利用该测量系统在一次测量中同时获得雾化场的光学全息和数字全息的再现图像,两者具有很好的一致性。光学和数字再现图像相对应的视场范围分别为27.87 mm4.77 mm和27.59 mm6.67 mm,数字方式获得视场范围内单一层面再现像的时间仅为8 s,而光学方式将近1 h。结果表明,光学全息与数字全息联合测量时,通过数字全息的雾化再现图像能够对实验总体效果进行实时评估,提高了雾化场全息测量的实验效率。     

频闪激光光栅条纹实时投射系统

设计了一种高速扫描频闪激光光栅条纹实时投射系统。系统通过现场可编程门阵列(FPGA)实时监测光电探测器信号并控制激光器的调制输出,使高速旋转的多面棱镜与线激光器调制信号精确配合产生稳定、清晰、精密的频闪激光光栅条纹。系统结合了光栅条纹整体投射和线激光光源高精度的特性,具有刷新速度快、条纹分布精度高的特点,且亮度、频率、脉宽、相移可动态编程实时控制。应用该系统对微小尺寸器件进行了测量,获得了准确反映被测器件三维形貌的相位和特征点数据。该系统在高精度快速三维形貌测量中,尤其是工业现场精密器件在线三维检测场合具有广泛的应用前景。     

基于衍射光学器件的多自由度测量仿真研究

提出了基于衍射光学器件的单光束多自由度测量的新方法。描述了该方法的基本原理,建立了相应的激光干涉系统的数学模型,设计了一种能够产生多自由度测量信息的衍射光学器件。分析了干涉场光强信号特征与目标各平动和转动量之间的关系,给出了仿真计算结果。该方法原理简单,测量效率高,并能提供较高的测量分辨率和测量精度。     

轴向多光阱微粒捕获与实时直接观测技术

传统的光镊技术使用单个物镜同时进行光学捕获与显微成像,使得捕获与成像区域被限制在物镜焦平面附近,无法同时观察到沿光轴方向(即Z向)捕获的多个微粒.本文提出一种轴平面(XZ平面)GerchbergSaxton迭代算法来产生沿轴向分布的多光阱阵列,将轴平面成像技术与光镊结合,实现了沿轴向对二氧化硅微球的多光阱同时捕获与实时观测.通过视频分析法测量了多个二氧化硅微球在轴向光镊阵列中的布朗运动,并标定了光阱刚度.本文提出的轴向多光阱微粒捕获与实时观测技术为光学微操纵提供了一个新的观测视角和操纵方法,为生物医学、物理学等相关领域研究提供了一种新的技术手段.     

Design of a Reflective Aspherical Surface of a Compact Beam-Shaping Device

A compact beam-shaping device with a reflective aspherical surface is proposed. The device converts a circular symmetric Gaussian beam from a laser into a uniform distribution on a target plane. The device consists of a laser, a reflective aspherical surface formed on the base plane inclined by 45° against the optical axis, and a spacer. The surface is designed for an optical device used as a transmitter of indoor wireless optical communication, which is one of the promising applications. The designed surface is obtained by approximation using polynomial. Beam shaping of a simulated surface and a uniform intensity distribution on the target plane is obtained. The intensity distribution generated by the surface is numerically simulated and evaluated if the surface is misaligned. It is clarified that the generated distribution is tolerable for the misalignment.     

光学三维传感实验设计

基于三角法测量原理设计了光学三维传感实验系统.实验系统光源采用数字光学投影仪,并用计算机生成电子光栅.将电子光栅投影到被测物或参考面后,使用CCD进行图像采集,并通过视频采集卡将采集的图像数据传到计算机中保存.通过相应算法对保存的数据进行考查、处理,最终得到解调后的三维信息.     

基于光克尔效应的径向光束匀滑新方案

针对惯性约束聚变装置中提高靶面辐照均匀性的要求, 提出了一种基于光克尔效应的径向光束匀滑方案, 其基本原理是利用光克尔介质和周期性高斯脉冲光束相互作用实现对激光束透射波前附加周期性的球面位相调制, 以周期性地改变激光束远场焦斑尺寸, 进而引起远场焦斑内部散斑的快速径向扫动, 从而在积分时间内抹平靶面焦斑的强度调制, 实现径向方向的光束匀滑. 通过建立基于光克尔效应的径向光束匀滑的理论模型, 分析了焦斑形态及其径向匀滑特性, 并讨论了光克尔介质的选取和径向扫动特性. 结果表明, 基于光克尔效应的径向光束匀滑方案可以有效地实现远场焦斑内部散斑的周期性径向扫动, 从而在积分时间内快速改善靶面辐照均匀性.     

基于光参量放大的高速实时光取样技术

提出了一种基于光参量放大的高速实时光取样方案. 利用色散介质对光纤锁模激光器产生的窄脉冲源进行色散展宽,从而产生线性啁啾光信号. 将该信号和被取样信号同时送入高非线性光纤,利用高非线性光纤中的参量放大效应,将被取样信号的强度信息调制到线性啁啾光信号上. 在接收端利用不同中心波长的滤波器即可滤出不同时间点的取样信号,从而在光域同时完成了高速实时光取样和取样信号的串-并转换. 是实现高速实时取样技术的一种极具竞争力的实现方案. 实验中,实现了对10 Gb/s非归零码OOK信号的40 GS/s的高速实时取样系统,并转换为4路10 GS/s取样信号输出. 在接收端成功根据4路取样信号恢复出被取样信号波形,验证了该实时光取样方案的可行性. 关键词： 光信号处理 光取样 参量放大 高非线性光纤     

Research for Signal Power Spectrum Distribution in Laser Doppler Rotational Speed Measurement

ＲｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＳｉｇｎａｌＰｏｗｅｒＳｐｅｃｔｒｕｍＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒＲｏｔａｔｉｏｎａｌＳｐｅｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＬＵＯＤｅｙｕａｎＺＨＯＵＪｉａｎＴＡＮＹｕｓｈａｎ（ＬａｓｅｒａｎｄＩｎｆｒａｒｅｄＩ...     

大视场四象限探测光学系统设计

为了实现大视场激光探测跟踪,分析了大视场激光探测光学系统的研制特点。首先,根据四象限探测对光学系统光斑均匀性的要求,结合系统的指标参数,选定合理的光学结构型式,提出像差校正的设计方案。然后,基于ZEMAX软件完成大视场四象限探测光学系统设计,并利用点列图、光线足迹图、包围圆能量定性评价系统光斑质量;通过TRACEPRO光学分析软件,得到探测器靶面的光线照度分布。最后,依据设计结果完成光学系统的加工装配及性能测试。测试结果表明：激光探测系统线性视场为±6°,测角精度优于0.15°,并根据实测数据针对线性视场进行曲线拟合,与理论曲线相符,验证了设计结果的正确性。     

Reliability analysis of an auto-tracked FSO link under adverse weather condition

In this paper, the effects of auto-tracking subsystems on the Bit-Error-Rate (BER) and reliability of free-space optical (FSO) communication links are investigated. Considering environmental influences on the laser beam intensity distribution in receiver, we study the propagation properties of Gaussian laser beams through a complete optical path. Then it is tried to derive an analytical formula for intensity distribution along the complete optical path as well as on the receiver's detector plane based on the Collins integral. Based upon the intensity formula, we calculate the values of signal to noise ratio (SNR), BER, and power while considering the effects of atmospheric losses due to absorption, scattering and turbulence on them. Using mentioned values, the role of auto-tracking subsystems on link reliability improvement in adverse weather condition is described. The related results are illustrated by graphs obtained by calculations and simulations.     

非相干光反馈表面轮廓测量实验研究

数值研究了非相干光反馈时半导体激光器输出功率随反馈系数的变化关系以及待侧物体离焦量与反馈系数的关系.提出了基于非相干光反馈的表面轮廓测量系统,并实验验证了系统的可行性,完成了对一元硬币的二维平面扫描成像,并分析了实验结果中的误差以及可能影响测量结果的主要因素.     

红外/激光双模共口径光学系统设计

针对未来导弹的发展趋势,提出一种红外/激光双模共口径光学系统设计方案,可用于获取目标的双模信息。分析了光学系统的基本参数,研究了双模共口径系统的设计思想,并进行了光学系统设计。所设计系统实现了长波红外和激光双波段的共口径成像。红外部分相对孔径1.27,光学系统传递函数接近于衍射限;激光部分相对孔径0.63,接近于理论极限,成像光斑能量分布均匀,线性区范围内光斑变化较小。