具光反馈功能的星模拟器设计

为满足天文导航设备星敏感器内场高精度检测和标校的实际工程需要,设计了一种结构简单并且具有光反馈功能的新型高精度单星模拟器。选用发光二极管作为光源,采用先聚焦再准直的方法实现模拟星光的平行输出。星模拟器的光反馈系统可以在输出光强发生变化的时候自动调节星光光源的发光强度,从而使星模拟器的输出光强在相当长的时间段内保持稳定。星模拟器输出光束的平行度达到8,输出光束的均匀性达到80 %,在连续工作至少8 h的情况下输出光束的稳定性达到89 %。相对稳定的输出光强减少了星模拟器因为模拟的星等发生变化而产生的影响,提高了星敏感器检测和标定的精度。     

球面阵列LED太阳模拟器光学系统设计

针对氙灯太阳模拟器光电转换效率低、寿命短、辐照强度低,均匀性差等不足,基于LED太阳模拟器光学系统,提出了一种球面阵列LED太阳模拟器光学系统,包括准直光学系统、匀光系统以及光源系统的设计方法。利用同轴透射式光学系统技术设计了双分离结构的准直光学系统, 在分析比较常用匀光系统的性能与组成形式的基础上,阐述积分器与视场光阑的设计过程, 然后基于球面光源的设计思想完成光源系统的设计, 利用LightTools光学设计软件对LED太阳模拟器光学系统进行仿真分析与验证。实验结果表明:球面阵列LED太阳模拟器在工作距离100 mm,输出辐照面积为100 mm×100 mm范围内,其辐照强度大于1 100 W/m2,辐照不均匀度优于3.86%。     

基于微反射镜阵列的光刻照明模式变换系统设计

光源掩膜协同优化是45 nm节点以下浸没式光刻提高分辨率的重要途径之一,为了重构其优化后输出的像素级光源,提出了一种基于可寻址二维微反射镜阵列的新型照明模式变换系统设计方法。分析了减少重构光源所需微反射镜数量的原理,结合成像与非成像光学,利用柱面复眼透镜,获得了入射到微反射镜阵列上的非均匀的特定光强分布,基于此光强分布对微及射镜二维偏转角度进行了模拟及优化,并对该照明模式变换系统进行仿真,结果表明,光瞳重构精度小于2.5%,X,Y方向光瞳极平衡性小于0.5%,Prolith中重构光源的曝光性能仿真结果满足要求。与类似的系统相比,该系统仅用不足4000个镜单元即可达到设计要求,适用于集成度高的下一代浸没式光刻系统。     

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。     

谱合成光束特性的模拟分析

建立了光束谱合成的传输模型.应用光线追迹方法，将闪耀光栅引起的相位变化用槽间光程差和槽内光程差来表示，建立了光束倾斜入射到光栅时相位变化的计算模型.利用衍射积分方法，给出了阵列光源各子光束经谱合成系统后输出光场的解析表达式.依据光束非相干叠加的原理，计算得到合成光束的光强分布.在此基础上，利用强度二阶矩方法，分别计算了阵列光束和合成光束的M²因子，并定量分析了谱合成系统参数对合成光束特性的影响.研究结果表明：通过谱合成系统合成光束的M²关键词： 光束谱合成 阵列光源 闪耀光栅 光束质量     

基于层叠阵列波导的穿透式视频眼镜设计

设计了一种采用层叠阵列波导结构的紧凑型穿透式视频眼镜光学系统。光学系统由层叠阵列波导系统、照明系统、目镜系统组成。层叠阵列波导是一种具有角度选择膜系实现穿透式显示的全新光学组合器,可以消除半透半反面波导的鬼像效应;照明系统为LCOS微显示器提供均匀照明,均匀性为92.3%;目镜系统负责光束的准直,对其调制传递函数、点列图、场曲、畸变和色差等参数进行了分析,结果表明获得了良好的光学性能。该穿透式视频眼镜分辨率为825 pixel×480 pixel,系统总重135 g,在20 mm出瞳距离和8 mm×8 mm眼动范围下,实现30°视场,在驱动电路功耗为1 W的情况下,系统亮度为3000 nit。     

一种胶片式的静态光学目标模拟器

光学成像敏感器是卫星姿态控制分系统的重要组成部分，用于月面景象的获取，可为月面着陆器完成障碍识别、路径规划和安全区域选取等功能提供图像信息来源。为实现光学成像敏感器装星后设备功能和性能的检测，需要一种可在室内为光学成像敏感器提供月面场景信息的光学仪器。设计和研制了一种胶片式的静态光学目标模拟器，该目标模拟器以胶片作为图像源，通过积分球均匀照明系统将胶片照亮，并经由光学镜头将胶片图像投射至无穷远处，从而供光学成像敏感器接收。设计完成的静态光学目标模拟器视场≥30°×30°，入瞳直径Φ5 mm，入瞳距离为41 mm，镜头焦距44.78 mm，图像像素分辨率≤1 024×1 024，各项指标均达到了光学成像敏感器装星后光闭路试验的要求。     

光电成像检测系统像面照度均匀性分析

非均匀发光光源、大视场角等因素会造成光学成像检测系统像面照度分布不均匀,进而导致检测效率下降。研究非均匀发光光源和大视场角对像面照度均匀性的影响程度,首先建立光源间距与受光面接收照度间的关系模型,仿真分析不同LED间距对像面照度均匀性的影响,然后建立光学耦合系统的物面张角和像面照度间的关系模型,仿真分析物面张角对像面照度均匀性的影响。实验结果表明:在非均匀发光光源和大视场角的作用下,检测系统会造成像面照度严重不均匀现象。研究结果为后续像面照度校正算法设计提供了理论依据。     

基于LED阵列与漫反射自由曲面的均匀照明光源设计

提出一种由平面LED阵列与高漫反射率自由曲面构成的间接照明方式。基于LED光源与理想漫反射表面的朗伯特性,构建照明系统的数学模型。根据目标平面预期的光强分布,建立一组微分方程,利用数值方法求解得到漫反射自由曲面的面形轮廓,通过光学软件对该漫反射光源系统实体模型进行非序列光线追迹仿真,模拟结果显示检测区域辐照均匀度达到90%以上,验证了该方案设计均匀照明光源的正确性与有效性。     

基于大功率LED扩展光源的均匀光斑光辐射模拟器设计

基于边缘光线原理和光学扩展量守恒思想,结合复合抛物面聚光器和轴对称自由曲面透镜,设计并研制了大功率发光二极管扩展光源的反射/折射准直器.运用Tracepro软件对系统进行光束追迹模拟仿真和实验,研制出均匀光斑的光辐射模拟器.模拟器输出发散角为±12°光束,测量距离出射面50cm处光屏的光斑,在尺寸为14cm×14cm的光照范围内,测得光斑水平方向中心线上的光度均匀度优于4.1%,竖直方向中心线上的光度均匀度优于3.8%.     

用于投影机的发光二极管照明单元

目前的投影机光源——高压汞灯存在寿命短、色温高、存在有害光线、发热集中等缺点,严重制约了投影机进入家庭应用领域。发光二极管的最近发展为其作为高压汞灯的替代光源提供了可能性。提出了一种由一个发光二极管、一个准直镜、一个前蝇眼透镜和一个后蝇眼透镜组成的用于投影机的发光二极管照明单元,由数个照明单元加上会聚透镜则构成一个基本的照明系统。发光二极管的发光经准直镜压缩光束发散角后被前蝇眼透镜分割为多个细光束,会聚透镜将每个细光束都叠加会聚到显示芯片上,实现光能量的会聚和光场再分布．以满足投影机对光通量和光场均匀性等方面的要求,后蝇眼透镜用于与后续光路的匹配。作为照明单元的一个应用实例,文中分析了一种单片式硅上液晶投影机。     

可见光靶源光学系统的设计与分析

飞机侦察系统性能判断是通过野外与实验室测试两种方式进行验证的。在实验室建立可见光靶源,放置在二维转台上,利用卤素灯、美军标靶源、光学系统模拟远距离目标,在规定的技术指标的基础上,设计出可见光靶源光学系统。通过光路设计、温度场分析,计算出光路束散角,设计出光阑孔,分析温度变化对光学镜片的影响,通过精密测微自准直仪检测,所有形变量均为微米级,验证了其光学设计的可靠性,满足飞机侦察系统的测试要求。     

星等及光谱可调的标定用单星模拟器系统设计

为了实现多色温、多星等并且色温和星等都在系统中实时可调节的功能,提出设计一款新型的星等及光谱可调节的单星模拟器系统。系统采用氙灯及卤钨灯作为光源,将光源分为多束窄带光谱,并且对每一束窄带光谱的光强和光谱进行调节实现对黑体光谱范围及色温的模拟。当具有不同光谱特性和色温的光源进入星等调节器时,采用与波段光强控制器不相互干扰的调节方式,只对光源的光度即整个光源的能量进行衰减控制达到星等调节。在实验室实现了整个系统的组装,搭建了控制和测试平台,并给出标准星等光度与各个色温情况下实测星等光度对照结果。     

光纤耦合激光束输出光空间分布及其影响因素分析

通过分析光纤出射端面的光强分布,研究了光纤传输过程中激光二极管出射光束进入光纤时的指向角对出射端面光场分布的影响.提出一种影响光纤输出端光场的新因素,对数值孔径和光纤芯径两个影响因素进行了补充.在光纤传输过程中,将激光二极管出射的光束等效为大量光线,在二极管输出光的位置以及空间分布确定的情况下,使用光线追迹方法依次分析了单束和多束光的指向角以及光纤长度对出射面光强分布的影响.结果显示:单束入射光指向角的偏差会引起光纤输出端面光强极值位置的偏移,多束的情况可以导致光纤输出端光强呈现明显的环状分布,得出了入射光束指向角的偏差是影响光纤出射面光强分布和峰值位置的重要因素的结论,而光纤长度的变化对上述分布状况同样存在影响.     

基于RGBW光源的舞台灯变焦透镜设计

针对目前舞台灯的光束角可变范围小、照度均匀性差等缺点,在全反射式透镜结构的基础上,基于变焦透镜组原理,设计出一种采用单颗透镜的变焦透镜系统。该系统包括准直透镜和可移动的调焦片,并且使用SolidWorks软件,依次在准直透镜的镜面上进行不规则六边形复眼圆周填充阵列和调焦片的两侧进行六边形复眼圆周阵列设计。经过光学软件LightTools仿真以及实际光照效果检测,此款透镜在匹配S2WP的全彩LED光源后,上述结构能够有效解决RGBW全彩LED光源在舞台灯照明上均匀性和混光差的难题。此外,设计出的舞台灯变焦透镜的光学效率高达87%,可在0 mm~15 mm的调焦范围内,光束角(1/2光强角)的可变范围为4°~53°。     

激光光源-在线荧光光谱检测中的光强度比较研究

基于激光光源和氙灯光源在线荧光光谱法测定罗丹明B、维生素B₂、荧光素和异硫氰酸荧光素含量比较研究激光光源产生的荧光强度和氙灯光源产生的荧光强度。罗丹明B、维生素B₂、荧光素和异硫氰酸荧光素浓度均为10 μg·mL-1,积分时间100 ms,测定3次得其平均值。在线荧光光谱法最大吸收波长分别为580,450,488和510 nm;最大发射波长依次为594,530,525和524 nm。紫外-可见分光光度法测得其最大吸收波长为557,441,481和490 nm;荧光分光光度法测得其最大发射波长为586,520,519和520 nm。通过测定药物,发现激光光源产生的荧光光强度较强于氙灯光源产生的荧光光强度,原因不仅跟光源有关,而且与药物分子的共轭体系大小、共轭大π键的共平面性及其刚性程度、分子母体上取代基的种类有关,分子所处的外界环境如温度、溶剂、溶液酸碱度、激发光的照射等因素也会影响荧光效率。激光光源和氙灯光源产生的荧光光强度大小顺序为罗丹明B>荧光素>异硫氰酸荧光素>维生素B₂。激光光源在线荧光光谱法在一定程度上填补了在线荧光光谱仪在食品、药品痕量检测方面应用的空白。     

新型LED太阳模拟器光学系统设计及仿真

针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题，基于光电一体化二次光学设计，提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源，通过混光棒和微结构进行匀光，最后利用抛物面镜实现光线的准直输出，基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化，实验结果表明:在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。     

Effect of chromaticity on quarter-wave retarder performance

When a polarized polychromatic beam passes through a birefringent medium, the constituent spectral components suffer different change of state of polarization. As a result when the beam passes through an analyzer, the intensity of the resultant beam changes depending on the orientation of the analyzer, state of polarization of the input beam, spectral and spatial intensity distribution of the source and the polarizing properties of the birefringent medium. In the present study the intensity variation of the resulting beam passing through a quarter-wave retarder plate is observed theoretically with the variation of the azimuthal angle of the analyzer for monochromatic and polychromatic source of light. A simple experiment is conducted to observe the intensity variation for an incandescent lamp and HeNe laser as polychromatic and monochromatic source of light passing through a birefringent polymer-based quarter-wave retarder plate. The experimentally obtained values are compared with theoretical values and a good agreement is observed.