外场多光轴平行性测试的光学系统设计

针对外场条件下因大气环境影响导致多光轴平行性误差的问题,设计了一种可见光、1.06μm激光及812μm的长波红外多光轴平行性测试的光学系统,系统采用卡塞格林系统为共光路并以可见光为基准光轴.卡塞格林系统的主次镜均采用双曲面校正球差及慧差,添加校正透镜减小了轴外像差.设计结果表明,该光学系统成像质量达到了衍射极限,在大气...     

大气湍流对航空光电侦察图像质量影响因素分析北大核心CSCD

大气湍流效应是严重影响航空光电侦察系统图像质量的重要因素之一。从大气湍流参数描述出发,研究了大气湍流对光学系统成像质量的影响机理,分析了大气湍流影响光学系统调制传递函数(modulation transfer function,MTF)的影响因素,建立了大气湍流影响光学系统成像MTF的理论模型。仿真结果表明,在大气湍流影响下,光学系统光瞳口径与大气相干直径的比值对光学系统成像MTF影响较大。通过光学系统地面外场实验图像测试对比,验证了实际光学系统受到大气湍流影响后的成像MTF理论模型。研究结果可为大气湍流影响下的航空光电侦察系统设计及提升其成像质量提供理论支持。     

一种多光路光轴平行性检测系统

介绍一种用于检测多光路光电设备光轴平行性的测试系统,该系统采用准直平行光管提供无穷远目标,并融合了CCD图像采集处理和计算机技术,通过计算目标靶十字中心和激光光斑中心之间在CCD上的像素跨距,计算出红外、可见光以及激光三轴相互间的平行性误差,系统的计算误差小于5。     

高光通量交叉非对称Czerny-Turner拉曼光谱仪光学系统

为克服分立式便携拉曼光谱仪光通量低的缺点,设计了一种集拉曼探头光路与分光系统于一体的光学系统。探头光路采用大数值孔径的非球面透镜实现样品的有效激发和信号的高效收集,通过胶合透镜组缩小会聚光路尺寸、消除轴向色差。分光系统基于交叉非对称Czerny-Turner结构,为获得期望的光谱分辨率和光谱范围,建立了分光系统光谱分辨率及光谱范围与交叉非对称Czerny-Turner结构参数的关系。由测得的汞灯谱图可知,分光系统的光谱分辨率优于6 cm~(-1)(0.37 nm),光谱范围为790~950 nm(200~2000 cm~(-1))。将设计的光学系统对CCL4进行测试,实验结果表明在相同积分时间内由这种整体式的光学系统检测到的CCL4光谱谱峰强度是用商业探头通过光纤连接分光系统检测到的近3倍,验证了光学系统设计的合理性。     

双通道红外投影光学系统的分析和设计

分析了双通道投影系统光路,介绍了准直投影光学系统的设计。此投影系统由目标源和干扰源2个通道组成,2个通道共用一个光学系统。光学系统采用二次成像结构来满足外形及质量的要求,在光学系统的最后一面和焦平面之间插入分束镜来引入目标源通道,并通过减小分束镜的厚度来控制干扰源通道的像差。光学系统工作波段为8 m～12m , 焦距315.69 mm,视场8.5,入瞳距900 mm,最后的像质表明此光学系统能够满足使用要求。     

飞秒激光全息加工光学系统搭建与分析

合理的光学系统设计及参数优化是飞秒激光全息并行加工系统功能实现的前提。在分析了飞秒激光全息并行加工系统光路设计要求的基础上,对其中的两个关键点进行了较为深入的研究。采用能量利用率高的斜入射方式照射选用的空间光调制器,得出了后续光路设计的关键参数;通过光学理论推导出空间光调制器与两个透镜组成的4-f系统中最佳光路参数,利用Zemax软件对光路中系统孔径仿真,验证了该方案的合理性;搭建了一套合理高效的飞秒激光全息并行加工系统,实现了7焦点阵列的微透镜和微齿轮并行加工。研究结果表明,该光路设计方案可以实现高效的飞秒激光全息加工过程。     

机载可见光侦察系统最大探测距离地面等效实验方法研究

分析了地面定点验证法和飞行实验法测量机载可见光侦察系统最大探测距离的缺点和局限性,在地面定点验证方法的基础上,设计了机载可见光探测距离地面等效替代实验方法,避免了飞行实验带来的实验费用高、风险大的缺点,并通过飞行实验对探测距离实验结果进行比较和验证。结果表明该等效替代实验方法合理可行,实验效费比高、可操作性强,实验结果具有较高的准确度,对可见光侦察设备性能评估有一定的借鉴意义。     

双通道红外准直投影光学系统设计

介绍了一种双通道准直投影光学系统的设计。重点讨论了光学系统参数的分配以及利用Zemax光学设计软件多重结构功能进行优化的方法, 并利用蒙特卡罗分析对系统的公差进行了分析。光学系统采用望远系统和成像系统组合，在望远系统和成像系统之间的平行光路中插入分束镜引入第2个目标源通道。光学系统工作波段8 μm~12 μm, 视场12°，焦距228.3 mm，入瞳距800 mm，目标通道1和目标通道2的最大角分辨率分别为0.18 mrad和0.17 mrad，满足了投影系统的设计要求。     

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。     

采用APD阵列的共口径激光成像光学系统设计

针对机载平台激光3D成像系统的轻小型需求,设计了采用APD阵列的共口径激光收发光学系统。在分析激光成像系统照明方式及其光学系统结构的基础上,给出了激光3D成像光学系统结构框图:激光经衍射元件实现分束照明,采用双工反射镜实现收发光路的耦合。该光学系统用于2 km以内的目标三维成像,根据激光测距方程,确定了接收光学系统的参数以获得满足信噪比的回波能量。为避免造成像素之间串扰,设计了5倍扩束比的发射光学系统。最后,采用偏振片与1/4波片相结合的方式消除杂光,降低了发射光路对接收光路的影响。设计结果表明:接收光学系统弥散斑直径小于120μm,畸变小于0.2%。该光学系统体积小、重量轻,成像质量良好,可为同类激光成像光学系统提供借鉴参考。     

室内多波段光轴一致性测试系统的设计

介绍用于室内检测多波段光电设备光轴一致性的测试系统。该系统采用准直平行光管为测试系统提供无穷远目标。为满足全波段测试，光束无中心遮拦，系统选用离轴抛物面全反射光学系统。采用多光谱分光镜为激光光斑提供瞄准基准，带温控热十字丝的高斯目镜为红外和可见光波段提供瞄准基准，实现了光电设备之间可见与红外、可见与激光、激光与红外光轴的一致性测试。系统具有测试精度高、测试结果可靠等特点。根据初步估算，可见与红外、可见与激光、红外与激光之间的光轴一致性测试精度分别达到了4.01″， 1.08″和 4.05″的水平。该系统有效解决了多波段光测设备光轴间的一致性测试问题。     

LED在飞机航行灯中的应用及光学设计案例分析

为了展示LED在航空领域的应用优势和前景,介绍了LED光源应用于飞机航行灯时,具有体积小、质量轻以及便于设计和维护等优点,阐述了LED用于飞机航行灯时的高安全性、高可靠性和高光学质量的要求。通过分析航行灯的光学分布要求,针对选取的LED设计了由TIR系统和棱镜系统组成的光学透镜,飞机航行灯光学模拟的结果显示,在光源功率不超过1 W的情况下,中心光强已经高于40 cd。     

可见/中波双波段共口径光学系统设计

为了提高光电探测设备目标探测与识别的能力，设计了一套可见/中波双波段共口径光学系统。根据实际工程经验总结了一套分段设计、组合优化的光学设计方法，通过合理地分配光焦度，分段选择合适的初始结构，再现了双波段共口径光学系统初始结构的设计过程；结合CodeV和TracePro软件量化了制冷型中波红外探测系统的冷反射现象，并且通过外场试验成像验证了分析结论的正确性。双波段共口径光学系统最大视场达到1.25°，畸变小于0.1%，可以在环境温度?30 ℃～50 ℃下工作，中波红外探测系统实现了100%冷光阑匹配，可见光探测系统可以实现大、小视场的切换，双波段成像系统具有调焦、调光功能。该系统成像质量良好、可加工性好、装配难度小、工程可实施性强。     

高清针孔镜头光学系统设计

安防监控镜头在保护人身及财产安全方面越来越重要,其中针孔镜头因其特殊的结构而被广泛运用。利用ZEMAX软件设计了一款用于公安取证,侦察,反恐及高温炉、工业检测等特殊场合的针孔镜头。针对光阑前置这种失对称的光学系统,通过控制其像散、场曲、畸变等几何像差进行优化设计。设计的镜头F数为2,焦距为6 mm,匹配1/4英寸CCD,工作光谱为可见光波段,空间频率100 lp/mm处全视场MTF≥0.48,畸变≤±3%。该设计结构简单,全部采用标准球面设计,光学总长小于22 mm。     

吸收式光纤温度传感器的研究

提出了一种利用半导体光吸收谱随温度变化原理设计的半导体吸收式光纤温度传感器.该传感器用GaAs晶片作为温度敏感元件，以光纤作为传光介质，发光二极管作为光源，光电管作为光电转换器件.利用双光束补偿原理,消除了由于光源不稳定产生的干扰.研制出的光纤传感器具有体积小，结构简单，抗电磁干扰，灵敏度高等优点.实验表明:该传感器在－20℃~85℃温度范围内可以达到0.1℃的准确度，可以实现强电磁干扰下的高空飞行器内环境温度的测量.为进一步实现光传飞控系统中的温度测控奠定了基础.     

一种多光谱多光轴准直系统的设计

为了实现快速、准确地校准机载多光谱光电跟踪设备中多光轴的一致性,设计一种基于卡塞格林式的光轴一致性校准系统。该系统使用卤素灯作为可见光光源,黑体作为红外光源,ZnS玻璃为基底的星点分划板提供无穷远目标,系统通光孔径为200 mm,焦距为1 500 mm,轴上点出射光平行性优于10,满足多光谱多光轴的一致性检测中1的要求。     

离轴反射式平行光管设计及次镜检验方案研究

平行光管是光学实验室常用的光学精密仪器,通过光源照射靶标模拟无穷远目标,是光学系统装调、测试必需的设备。设计了一个有效口径为200 mm、焦距为5 000 mm的平行光管,采用离轴两反射式系统结构,视场角为0.35°,主次镜都为非球面,次镜为凸双曲面,系统中心视场波像差设计值达到1/62 λ,边缘视场波像差设计值达到1/21 λ。对该平行光管次镜检验方案进行了研究,提出了一种简单可靠的凸双曲面次镜正面检验方案。     

CCD航空相机动态分辨率检测系统设计

设计了一套CCD航空相机动态分辨率检测系统,系统入瞳直径D=200 mm,焦距f′=2 000 mm,视场角2ω=5°,利用光学设计软件Zemax进行仿真,设计结果表明,在奈奎斯特频率为40 lp/mm的情况下,调制传递函数曲线值均高于0.5。采用波差法校正由长焦距所引入的二级光谱,同时,引入分辨率尺的概念,将每一块单独的分辨率板采用拼接的方式制作成300 mm×24 mm的分辨率尺,令分辨率尺在电机的带动下作匀速直线运动来模拟动态目标。该测试系统的设计能够在模拟飞机飞行的状态下,对其动态分辨率进行检测,检测精度1″, 可广泛用于测绘、军事侦察和航空航天等领域。     

Design of resolution testing facility for ultraviolet imager

We present a resolution testing system of ultraviolet （UV） imager. In this system, an UV Czerny-Turner monochromator with a small f-number is designed to get more energy as an UV radiation source, and its stray light is rejected effectively by light traps. And UV diffuser is employed in order to get uniform light distribution on the resolving power test target. We also design a novel UV collimator which makes infinite UV testing targets. It can reduce the difficulty of optical design and the machining cost, and utilize UV energy at maximum extent. This facility has been applied in the imaging quality evaluation of the UV instrument, and the results accord with the theoretical analysis.     

二级级联式室内可见光通信光学接收天线设计

针对室内可见光通信系统的传统光学接收天线无法同时满足高增益和大视场的问题, 设计了一种二级级联式光学天线. 通过分析信噪比、通信速率与接收天线视场角的关系, 发现视场角为40°–60°的光学天线最适用于室内可见光通信系统. 通过光学仿真软件TracePro的模拟及计算, 给出了所设计的二级级联式光学天线的增益随信号光入射角的变化关系. 结果表明, 相较于传统接收天线, 二级级联式光学天线具有更好的光学性能, 视场角为菲涅耳透镜单独接收时的4 倍. 利用Matlab对二级级联式光学天线竖直向上时的接收功率分布进行仿真, 结果显示探测器接收到的信号功率提升效果明显, 平均值较直接探测时增大了7 dBm, 进一步证实该二级级联式光学天线适用于室内可见光通信系统.