光束会聚点位置的判断方法

本文给出快速判断光束会聚点位置的三种简便方法，即基于毛玻璃在光束会聚点附近的散班效应的散斑法和几何投影特性的阴影法，以及基于光栅在光束会聚点附近的衍射特性的光栅法。分析了各种方法的判断精度。结果表明，所给出的方法可方便地用于光路调整中光束，特别是激光束会聚点的准确判断     

电荷耦合器件光电响应特性标定研究

 电荷耦合器件(CCD)光电输入输出响应特性是其用于光束远近场能量分布测量的重要参数，介绍一种新的标定方法——小孔衍射方法：即利用小孔衍射图像的零级谱的能量相对分布作为CCD能量的标准参考输入，依据最小二乘拟合准则，根据CCD的灰度输出标定其响应特性。介绍了数据处理方法并完成了校核实验及误差分析。     

点衍射干涉仪波面参考源误差及公差分析

为了保留光纤点衍射干涉仪容易对准以及衍射光束易于控制的优点,同时又能实现大数值孔径（NA）光学系统的检测,设计了一种新型的波面参考源（WRS）,它保留了光纤点衍射和微孔点衍射的优点,可满足大NA极紫外光刻物镜系统波像差检测的要求。本文在分析各种误差的基础上,搭建了WRS原理光路并对WRS的系统误差标定算法进行详细的研究,得到WRS标定时旋转平台的角度公差为0.5°,跳径时偏离系数为0.5%。这一新型WRS误差分析及标定对于实现高精度的检测具有十分重要的意义,最终为实现WRS系统误差标定提供理论基础。     

基于衍射光栅的CCD相机标定方法

提出一种基于1维线衍射光栅的CCD相机光电响应特性标定方法,该方法利用衍射光栅对入射光束的分束特性,在远场焦平面内形成一系列衍射子光斑,采取有效的方法对多组衍射子光斑峰值测量数据进行融合,得到测量灰度值及通过理论计算得到的理论灰度值,拟合两组数据从而完成对CCD光电响应特性的标定.根据实验室现有的激光源与聚焦光学系统的...     

非制冷红外焦平面无效像元识别与实时补偿

非制冷红外焦平面阵列(UFPA)不可避免地存在无效像元, 这对UFPA的成像效果造成了极坏的影响。为解决这一问题, 在分析并总结各种非制冷红外焦平面无效像元识别算法优缺点的基础上, 提出一种新的无效像元识别与实时补偿方法。根据像元响应特性, 采用循环迭代法以搜索最优的无效像元判别阈值, 并据此标识出无效像元的位置。在硬件实现阶段, 对于M×N的UFPA器件, 在任意采样时刻, 利用移位寄存器保存当前采样点之前的M个响应值, 使其输出可实时更新为与采样点同列的上一个数据; 同时, 利用一般的寄存器实时保存与采样点同行的前一个数据, 采用同帧行列间内插法实现无效像元的实时补偿。该算法有效地解决了无效像元识别阈值选取困难及不易实时补偿的问题。针对320×240的UFPA器件, 该算法在基于FPGA的红外图像处理系统上得以实时实现, 成功地消除了无效像元对UFPA成像效果的影响。     

Airy光纤:基于阵列波导耦合的光场调控方法

近年来,Airy光束作为一种无衍射光束,其特性引起了研究者的广泛关注,人们对它的理论研究、实验验证、实际应用多个方面都取得了长足的进步.而Airy光纤作为一种可生成Airy光束的波导器件,结合其光纤自身优点可适用于多种应用领域,因此开展新型Airy光纤的探索研究、拓展Airy光束的应用范围具有重要现实意义.本文从Airy光束的原理、光纤结构设计、光纤内部光束生成机理、生成光束波长响应特性以及Airy光纤研究现状和应用五个方面展开了较系统的讨论.     

高能激光光束质量β因子的影响因素分析

采用二维线性调频z变换算法,分析了影响高能激光系统光束质量β因子测量准确性的因素。本文详细分析了采样点数(即衍射极限内的采样点数)和衍射光斑图像的能量损失率对光束质量β因子的影响。在衍射极限角直径2(λ/D)范围内不同采样点数的模拟结果表明:采样点数越高,光斑衍射图像的分辨率越高,进而光束质量β因子计算越准确。在一倍衍射极限角2.44(λ/D)范围内应最低不少于10个采样点,即可将β因子的测量误差控制在3%。同时,不同像差对光斑图像能量损失率的敏感程度不同,相同能量损失率下,高阶像差的β因子测量误差要高于低阶像差。特别是球差类的像差对能量损失最为敏感,约5%的能量损失就可带来15%~30%的β因子计算误差。     

基于液晶空间光调制器的激光束整形

采用相位混合算法(PMA)与平滑修正法相结合的混合算法,对激光发出的高斯光束进行整形,得到了均方误差和顶部不均匀度均明显降低的等光强分布。利用液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性,实现了对高斯光束的光束整形,获得了光强均匀分布的圆光束和矩形光束输出。得到的输出光束顶部不均匀度和均方误差都低于5%,能量集中度在90%以上。表明此方法是一种实时、可控和高效的激光束整形方法。     

二维线性调频Z变换用于光束质量β因子计算

本文提出了一种基于二维线性调频Z变换的衍射光场分布快速计算方法,该方法在不增加运算量的情况下可以显著提高光场分布的图像分辨率,进而能够得到更准确的光束质量β因子值。在算法正确性验证的基础上,本文数值模拟了不同光束波前畸变的均方根RMS值与光束质量β因子的对应关系。仿真结果表明,在像差分布RMS值相同的前提下,几种低阶像差类型中球差类型的像差对光束质量的影响最大。为了模拟不同光斑分布形态,随机Zernike像差组合方式的光束质量β因子的仿真计算结果表明:相同的RMS值情况下,高阶像差占比较高的像差组合方式对应的光束质量β因子较大。     

低散斑环形光束整形器件的设计及实验

提出一种可有效抑制散斑噪声的衍射元件设计方法.在传统Gerchberg-Saxton算法的基础上,通过选择一种特殊的初始相位,在不降低衍射效率的同时,有效提升光斑的均匀性.以将高斯光束整形成环形平顶光束为例,开展了数值仿真和光学实验.结果表明,利用该方法和传统Gerchberg-Saxton算法设计得到的环形平顶光束散斑对比度分别为11%和34%,验证了该方法可以获得低散斑噪声的环形平顶光束.     

Beam induced vacuum measurement error in BEPC II

When the beam in BEPCII storage ring aborts suddenly, the measured pressure of cold cathode gauges and ion pumps will drop suddenly and decrease to the base pressure gradually. This shows that there is a beam induced positive error in the pressure measurement during beam operation. The error is the difference between measured and real pressures. Right after the beam aborts, the error will disappear immediately and the measured pressure will then be equal to real pressure. For one gauge, we can fit a non-linear pressure-time curve with its measured pressure data 20 seconds after a sudden beam abortion. From this negative exponential decay pumping-down curve, real pressure at the time when the beam starts aborting is extrapolated. With the data of several sudden beam abortions we have got the errors of that gauge in different beam currents and found that the error is directly proportional to the beam current, as expected. And a linear data-fitting gives the proportion coefficient of the equation, which we derived to evaluate the real pressure all the time when the beam with varied currents is on.     

Beam induced vacuum measurement error in BEPC II

When the beam in BEPCII storage ring aborts suddenly, the measured pressure of cold cathode gauges and ion pumps will drop suddenly and decrease to the base pressure gradually. This shows that there is a beam induced positive error in the pressure measurement during beam operation. The error is the difference between measured and real pressures. Right after the beam aborts, the error will disappear immediately and the measured pressure will then be equal to real pressure. For one gauge, we can fit a non-linear pressure-time curve with its measured pressure data 20 seconds after a sudden beam abortion. From this negative exponential decay pumping-down curve, real pressure at the time when the beam starts aborting is extrapolated. With the data of several sudden beam abortions we have got the errors of that gauge in different beam currents and found that the error is directly proportional to the beam current, as expected. And a linear data-fitting gives the proportion coefficient of the equation, which we derived to evaluate the real pressure all the time when the beam with varied currents is on.

     

A Real-time System For Measuring Spot Size of High Energy Accelerator Using Thick Pinhole Imaging

In order to easily measure the beam spot size of high energy electron accelerators with internal target enclosed,a real–time system, based on thick pinhole imaging technique, is employed. The experimental result on a 15MeV electron linear accelerator is also presented. In this paper the principle of thick pinhole imaging and the processing of data are introduced. The usual "sandwich" method needs to develop X-ray films, while debugging the accelerator parameters it will take a lot of time. On the contrary, X–ray pinhole imaging method can make a real–time measuring: as the accelerator parameters change, we can observe the beam profile's variation on the computer screen. Then when debugging we can have a definite object in view, and adjust the accelerator parameters more efficiently.     

激光光斑漂移的检测

针对激光光斑漂移设计了一套光斑漂移检测系统。利用该系统实现了对He-Ne激光器出射光束漂移的检测。它采用CCD摄像头和图像采集卡采集激光器输出光斑，通过专门软件对数字图像进行处理，得出光斑漂移的大小；另外，利用几何光学方法得到了激光光束在X方向、Y方向以及空间立体角上的漂移大小。分析了引起光束漂移的原因。结果表明：He-Ne激光器出射光束的指向主要受温度、环境振动、空气扰动和激光器自身结构的影响。该系统能准确地测量出激光器出射光束的漂移大小，实现光束漂移的控制。     

利用消光起伏信号测量颗粒平均粒径

窄光束照射流动颗粒系时,透过率会产生起伏.起伏的透过率信号可用来测量颗粒平均粒径和浓度.由于在测量原理和结构上非常简单,这种方法可用来实现在线、实时测量.Gregory提出的数据处理模型要求光束直径较小而且远大于颗粒直径,本文提出一种新的模型,可在光束直径接近甚至小于颗粒直径情况下对透过率起伏信号进行处理,模拟分析和实验测试表明,该方法可得到较满意的测量结果.     

High Performance Open Loop Control of Scanning with a Small Cylindrical Cantilever Beam

The steady-state response motion of a base excited cantilever beam with circular cross-section excited by a unidirectional displacement will fall along a straight line. However, achieving straight-line motion with a real cantilever beam of circular cross-section is difficult to accomplish. This is due to the fact that nonlinear effects, small deviations from circularity, asymmetric boundary conditions, and actuator cross coupling can induce whirling. The vast majority of previous work on cantilever beam whirling has focused on the effects of system nonlinearities. We show that whirling is a much broader problem in the design of resonant beam scanners in that the onset of whirling does not depend on large amplitude of motion. Rather, whirling is the norm in real systems due to small system asymmetries and actuator cross coupling. It is therefore necessary to control the growth of the whirling motion when a unidirectional beam motion is desired. We have developed a novel technique to identify the two eigen directions of the beam. Base excitation generated by virtual electrodes along these orthogonal eigen axes of the cantilever beam system generates tip vibration without whirl. This leads to accurate open loop control of the motion of the beam through the combined actuation of two pairs of orthogonally placed actuator electrodes.     

新型小尺寸窄带偏振分光器在光纤通信中的应用

在光纤通信中,为了在不改变调制波长范围的基础上仍能实现更多数据通道的波分复用,设计了一种新型的小尺寸窄带偏振分光器,用于对现有的数据通信网络进行扩容以及提高光信号的信噪比。在该分光器上蒸镀了两种新设计的膜系,一层是窄带滤光膜,另一层是偏振分光膜。采用TFCalc软件仿真,设计结果中窄带滤光膜的带宽约为0.4 nm,偏振分光膜在1 530～1 560 nm范围内对p光的通透性能优于99.8%。基于以上膜系设计在BK7光学玻璃上实际制备两组膜系,实验采用Agilent 8164-A型光波测量系统对经过膜后的光进行光谱分析。结果显示,窄带滤光膜的实际带宽优于0.4 nm,增益平坦度小于-0.05 dB,相比现有常见的0.8 nm滤光膜具有更窄的带宽,可以实现在调制波长范围不变的条件下增大波分复用的数据通道总量。偏振滤光膜的实际p光透光率为99.6%,相比仿真值略低,但仍优于设计要求,相比传统分光器的光信号强度保留效果更好,具有更高的信噪比。综上所述,该分光器具有更好的应用价值和实用意义。     

高能激光束自动对准和稳定系统的结构设计

介绍了一种用于两个光学平台之间光轴自动对准和稳定光束的设计方案。以可绕ｘ,ｙ,ｚ三个方向转动的导光管为单元,组成导光臂连接两个光学平台,消除两个平台之间相对运动产生的光轴对接偏差。用压电陶瓷驱动的倾斜镜作光束稳定元件,消除光束自身的漂移和平台间高频振动产生的光轴偏差。     

傅里叶红外光谱仪分束器自动装调系统设计

为了提高傅里叶红外光谱仪干涉系统的精度,设计了一种基于一体化分束器的自动装调系统。使用光学胶水将棱镜与分束器固定在一起组成一体化分束器,在一体化分束器上设置三点调整机构,O点位置进行固定作为参考点,在X点、Y点位置装入压电陶瓷,利用压电陶瓷驱动分束器进行微小位移的调整。在动镜匀速运动的情况下,利用四象限检测器检测三路携带相位差信息的信号,对信号进行放大滤波和数字化处理后,采用DSP的ECAP模块捕捉三路相位差信号,并利用增量式PID算法根据相位差来对三个点位的调整幅度进行实时控制,使用DSP的AD模块采集三路信号,并利用USB2.0与上位机进行通信,在上位机上实时显示三路信号图形及相位差信息。利用光学胶水的紫外固化特性,在支架上安装紫外照射灯,调整过程中不断增加照射强度使光学胶水进行深度固化,从而制作出符合傅里叶变换红外光谱仪应用需求的一体化分束器。实验结果表明,所设计的基于一体化分束器的自动装调系统具有结构简单,调整精度高等优点,其能够满足常规红外分束器装调需求。     

改进型光纤布拉格光栅温度检测系统研究

传统的光纤布拉格光栅温度检测系统适用于大范围、多点位的实时温度检测领域,但其温度响应稳定性差,布拉格光栅中心波长偏移量随温度变化量的线性度差。为提高系统温度检测稳定性及其检测精度,设计了一种改进型光纤布拉格光栅温度检测系统。该系统采用双光纤并行采集同点位温度并进行差分处理的方法,实现对测温过程中随机误差的实时有效消除,进而达到提高测温稳定性及检测精度的目的。计算推导了该模式下光纤布拉格光栅中心波长偏移量关于温度变化量的函数关系,给出了新式光纤光栅探头的结构。实验将改进型光纤布拉格光栅温度检测系统与传统系统进行对比,结果显示,改进型系统的温度测量精度可达0.5 ℃,相比传统系统得到了提升,同时,其测温误差也明显优于传统系统,说明采用该设计可以提高系统测温的稳定性。