像散法离焦检测中的像散透镜参数设计

推导出了离焦量与聚焦误差信号功率的关系式。利用MATLAB软件仿真,详细分析了像散透镜系统各个参数对离焦量、灵敏度、光斑大小等的影响,得到了像散圆透镜与像散柱透镜焦距之间的距离关系。结果发现聚焦物镜和探测器参数对最小离焦量、灵敏度、精度有决定性的影响。提出了像散透镜系统各光学参数选择的原则和方法,并以德国Silicon Sensor公司的QP50-6型四象限探测器为例,详细分析了离焦量与聚焦误差信号功率的线性关系。这些工作对建立满足应用对象要求的像散法离焦检测系统具有重要的指导意义。     

波带片离焦量和非单色光对光斑的影响

考虑了波带片在离焦和非单色光照明条件下的光斑特性，通过数值计算，得到了在不同离焦量时光强分布曲线、光斑大小、以及特定范围内总能量随离焦量的变化；同时得到不同带宽的光强分布曲线、光斑半径随带的变化曲线。并研究了用于软Ｘ光扫描显微镜的聚焦波带片允许的离焦误差以及光斑半径与带宽的关系。     

光盘信息符特征宽度的确定

光盘信息符的横向尺寸决定了光存储系统的存储面密度。采用二维正方形光栅作为光盘模型,通过三维矢量衍射理论的数值仿真,计算了信息符横向尺寸对读出信号调制度的影响,确定了最佳调制度对应的最佳坑宽。并与标量衍射理论的定性分析进行了对比。根据标量衍射理论,最佳调制度应出现在信息符面积为读出光斑面积一半时对应的信息符尺寸附近,且小于该尺寸;信息符的最佳坑宽,即信息符特征宽度取决于所用的光学系统;矢量衍射理论的定量计算结果符合标量衍射理论的分析,并更接近实际情况;标量衍射理论概念简单,适于定性分析,定量计算则存在较大的误差。     

离焦成像对面积测量的影响及误差修正

针对机器视觉中存在的离焦现象，采用理论与实验相结合的方法分析了离焦成像对面积测量的影响.实验表明,当离焦量（物面偏离对准平面的距离）为10 mm时，面积相对误差达31.3%.根据图像最大梯度值与离焦量之间的关系提出了一种误差修正的方法.首先标定图像最大梯度值与离焦量之间的关系，然后求待测图像的最大梯度值，由最大梯度值求出离焦量，最后根据离焦量对图像面积进行修正.结果表明,当离焦量小于10 mm时，经修正后图像面积相对误差小于3.8%.     

多阶光存储原理分析及其读写系统前端信号处理研究

运用矢量衍射理论的计算方法(耦合波方法，时域有限差分法)，对两种多阶光存储方案(坑深调制，坑形调制)进行了原理性分析，并简略分析了利用相变材料的幅值调制实现多阶存储的原理.由此得出多阶光存储技术的实现是利用了光与物质之间的相互作用，使光对记录介质产生作用，同时介质也对光的某些特性进行调制，而这些特征的改变一般都不止两个状态0或1，用数字方式将这多个状态记录下来便实现了多阶数字存储.此外,还提出了多阶光盘前端信号处理系统的设计与开发.该系统是多阶光存储实验系统的重要组成部分，可输出RF,TE,FE等伺服与误差信号，并将信号反馈给多阶处理芯片；同时系统还可对光学头的激光读写功率及写入时间进行控制，并能使其实现自动调焦和道跟踪. 关键词： 多阶光存储 矢量衍射理论 时域有限差分法     

532nm激光器光存储聚焦技术研究

在光存储系统中，为了保证存取信息所用的激光束准确地聚焦在记录介质表面上，必须具有精密自动调焦系统，该系统包括激光光源，扩束准直和整形光学元件，光学物镜，光电探测器，以及能上下运动的双轴力矩器。其中执行机构是在磁场中的双轴力矩器，线圈中电流不同时双轴力矩器拖动聚焦物镜上下移动，达到聚焦的目的。此过程中，位置探测器探测到焦点离存储介质表面的距离参数，并转化成聚焦误差信号，由此聚焦误差信号对物镜相对于存储介质的距离进行修正，从而使得激光束能准确地聚焦在介质表面上。结合532nm绿光，采用CDRW可擦写光盘，得到了约500nm的光存储斑。     

离焦量和非单色光对二元相位光栅泰伯像的影响

利用平面波衍射的角谱理论,分析计算了二元相位光栅衍射光场的空间分布,特别讨论了离焦量和非单色光对泰伯像的影响.随离焦量和带宽的增加,泰伯像的对比度和衍射效率减小,而压缩比增加.计算结果指出,在带宽<1000或离焦量<0.01时,其对比度和衍射效率减小不到10%,仍能成较高质量的泰伯像;当带宽>5000或离焦量>0.1时,成像质量显著下降.用薄膜沉积法制作了二元相位光栅,实验验证了理论结果.这些结果对泰伯成像和阵列照明器的设计有重要的参考价值.     

离焦成像对面积测量的影响及误差修正

针对机器视觉中存在的离焦现象,采用理论与实验相结合的方法分析了离焦成像对面积测量的影响.实验表明,当离焦量(物面偏离对准平面的距离)为10 mm时,面积相对误差达31.3%.根据图像最大梯度值与离焦量之间的关系提出了一种误差修正的方法.首先标定图像最大梯度值与离焦量之间的关系,然后求待测图像的最大梯度值,由最大梯度值求出离焦量,最后根据离焦量对图像面积进行修正.结果表明,当离焦量小于10 mm时,经修正后图像面积相对误差小于3.8%.     

像散离焦检测系统中光斑能量中心偏移对测量精度的影响

通过推导高斯光条件下像散离焦检测系统中离焦量与聚焦误差信号功率之间的关系,分析了激光光斑能量中心相对四象限探测器几何中心的偏移距离和偏移角对离焦量测量精度的影响及其规律。在此基础上,提出了一种易于实现、能够精确定位四象限探测器的实验方法,该方法能够有效地提升系统抗干扰能力和探测精度,减小系统误差,加强系统稳定性。此过程对设计搭建高精度像散离焦检测系统具有重要的指导意义。     

推扫式航空遥感器像面调焦机构设计

为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm,满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。     

The focus of light – theoretical calculation and experimental tomographic reconstruction

We present numerical calculations on the field distribution in the focus of an optical system with high numerical aperture. The diffraction integrals which are based on the Debye approximation are derived and evaluated for a radially polarized input field with a doughnut-shaped intensity distribution. It is shown that this mode focusses down to a spot size significantly smaller as compared to the case of linear polarization. An experimental setup to measure the three-dimensional intensity distribution in the focal region is presented, which is based on the knife-edge method and on tomographic reconstruction. Received: 14 July 2000 / Published online: 30 November 2000     

新一代高密度数字多用光盘(HD-DVD)研究进展

文章综述了新一代高密度数字多用光盘的研究进展，介绍了多种新型蓝绿光高密度可录和可擦重写光盘存储材料，讨论了高密度数字多用光盘所面临的问题以及其解决方法，最后提出了中国超高密度光盘存储技术发展的研究思路。     

高功率激光驱动器中小尺度自聚焦和噪声模型

 建立了一套线性的近似分析方法，研究高功率激光驱动器中强激光传输的小尺度自聚焦效应和相位噪声对光束传输和光束质量的影响，给出了系统噪声强度、B积分值与光束近场调制对比度之间的定量关系。研究表明,为保证输出光束质量，即近场调制对比度小于给定值，系统内的噪声强度必须符合一定的谱分布。     

基于Allan方差的光纤陀螺随机漂移建模与仿真

 随机漂移是影响光纤陀螺精度的主要因素之一,建立陀螺随机漂移模型以便在滤波时加以修正是提高系统精度的有效方法。针对传统随机漂移模型建模耗时长、过敏感等问题,提出基于Allan方差的光纤陀螺随机漂移模型。通过各噪声项的功率谱密度函数推导出随机微分方程,用Allan方差分析出光纤陀螺各噪声项量化参数,将量化参数代入以单位白噪声驱动的随机微分方程,得到随机漂移模型。实验结果表明,该模型拟合出的随机漂移单项噪声误差不超过8.6％,远低于传统模型产生的单项噪声误差58.3％,是一种有效的光纤陀螺随机漂移建模方法。     

Supercontinuum laser illumination applied to traditional optical flow imaging methods

The schlieren method of refractive flow visualization traditionally requires non-coherent illumination in order to avoid problems with coherent artifact noise and binary cutoff by the knife-edge. Related shadowgraph and Wollaston-prism schlieren-interferometer methods, however, work well with light sources of high spatial coherence. Here we apply a supercontinuum laser as a light source for these methods, providing spatially coherent white-light illumination. Excellent results are obtained with shadowgraphy and schlieren-interferometry, but the schlieren method still requires a modified cutoff in place of the traditional knife-edge for laser illumination. Once they become widely available, supercontinuum lasers will find frequent use in these optical instruments, especially the schlieren-interferometer.     

Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量方法

Bayer滤波型彩色相机广泛应用于航天遥感、空间对地观测、环境监测等领域.由于Bayer滤波片造成彩色相机相比黑白相机在像质方面进一步退化,如何对Bayer滤波型彩色相机成像性能全频段综合评价是目前亟待解决的问题.调制传递函数(MTF)是相机成像性能综合评价的关键指标,传统调制传递函数测量方法无法实现对Bayer滤波型彩色相机MTF全频段高精度测量.为了解决这个问题,本文提出了一种采用旋转刀口靶测量彩色相机调制传递函数的方法.理论方面,推导了Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量理论模型,仿真分析了刃函数采样率和刀口刃边倾斜角度误差对调制传递函数测量精度的影响,并给出了计算算法.实验方面,对彩色相机R,G,B三基色调制传递函数权重因子进行了实验定标,并搭建了基于条纹板和旋转刀口靶的彩色相机调制传递函数测量试验装置.采用旋转刀口靶法和条纹靶板法测量彩色相机MTF结果在耐奎斯特频率f_c处极差为0.061,在空间频率f_c/2处极差为0.043,试验结果验证了所提方法的有效性.     

Geoacoustic Inversion Using Time Reversal of Ocean Noise

We present a passive geoacoustic inversion method using two hydrophones, which combines noise interferometry and time reversal mirror(TRIM) techniques. Numerical simulations are firstly performed, in which strong focusing occurs in the vicinity of one hydrophone when Green's function(GF) is back-propagated from the other hydrophone, with the position and strength of the focus being sensitive to sound speed and density in the bottom.We next extract the GF from the noise cross-correlation function measured by two hydrophones with 8025-m distance in the Shallow Water '06 experiment. After realizing the TRM process, sound speed and density in the bottom are inverted by optimizing focusing of the back-propagated GF. The passive inversion method is inherently environmentally friendly and low-cost.     

CCD相机调制传递函数测试软件的研制

数学傅立叶分析法是测量调制传递函数常用的一种方法，为了迅速地给出采用该方法进行调制传递函数测试的结果，针对刀口扫描测试CCD相机调制传递函数的测试系统研制了测试软件。软件可读入CCD相机摄取的数字图像文件，对数据进行消噪声处理，并自动识别刀口位置，选择合适区域计算出相机的调制传递函数。软件采用VC语言编制，结果以列表和曲线两种形式输出，用户界面良好，使用方便。利用该软件得到的测试结果与俄罗斯软件的计算结果吻合较好。     

光纤面板刀口响应测试仪误差分析

为满足光学纤维面板生产厂、研究所和计量站的检测需要，我们分别研制了ＤＸ－１、ＤＸ－９２１和ＤＸＺ－９０１三种型号的光纤板刀口响应测试仪。本文针对测试精度最高的ＤＸＺ－９０１型仪器进行误差分析，首先给出光纤板刀口响应的曲线拟合，然后分析和计算该测试仪的扫描误差、光度测量误差和狭缝影响等误差因素及其误差贡献，并将测试仪的有关参数代入，最后得出该测试仪的刀口响应的总不确定度，以便对仪器的测值可信度有个理论上的估计。     

基于超导纳米线单光子探测器深空激光通信模型及误码率研究

高速深空通信是深空探测的关键技术之一,具备单光子灵敏度的激光通信系统将大大提高现有的深空通信速度.然而,单光子条件下的激光通信不仅需要考虑传输环境的影响,还需要考虑实际单光子探测器性能和光子数量子态的分布.本文在不考虑大气湍流影响的情况下,以光电探测模型为基础,引入超导纳米线单光子探测器(SNSPD)系统的探测效率和暗计数,建立了反应系统差错性能的数学模型,提出了系统误码率的计算公式.先对公式中的光强和激光脉冲重复频率对误码率的影响进行仿真,再通过实验结果验证仿真模型.结果表明,光强对误码率的影响最明显,随着光强从0.01光子/脉冲到1000光子/脉冲的增加,误码率从10~(-1)到10~(-7)量级明显下降;激光脉冲重复频率对误码率的影响受到不同光强的制约,但都随着脉冲重复频率的增加呈下降趋势.与此同时,当增加光强或者提高速度时,误码率高于仿真结果,约在10~(-4)量级,其原因可能是实际通信中调制光信号的消光比不足和光纤引入背景噪声提高了系统暗计数.以上模型和实验结果为进一步开展基于SNSPD的月球-地球、火星-地球等高速深空激光通信奠定了基础.