应用四元数方法对光存储光学系统的建模

光存储中的光学系统是一种非同轴光学系统，其中各个光学元件的设计位置与装配精度是保证系统光线正常传输并获得准确信号的前提。四元数方法是一种可以方便地描述空间光线的传输计算与坐标变换的数学方法。通过将四元数引入到光学头光学系统的建模中，使用四元数法表征非同轴光学系统的传输方式，并给出建立光学元件的设计、安装参数与聚焦光斑、读出光斑之间关系的流程图。据此模型对各个独立的研究对象进行分析的结果，对光存储中光学系统的设计与生产装配工艺的制定有指导意义；同时,以此模型分析物镜的连续运动对光斑和读出信号的影响，对光学头中的可执行机构力矩器的设计有实践作用。     

几何光学 光的折射与反射

O435.1 2006042840四元数方法表示的反射和折射定律=Quanternion repre-sentation of reflection and refraction laws[刊,中]/陈贵敏(西安电子科技大学机电工程学院.陕西,西安(710071)) ,宋文超…∥光电工程.—2006 ,33(3) .—141-144在讨论四元数及其基本运算、Rodrigues-Hamilton参数表示的四元数和四元数变换算子的基础上,给出了标准四元数的定义。基于标准四元数,推导了四元数方法表示的光线反射和折射变换算子,并给出了对应的计算公式,为复杂光学系数以及失调光学系统的空间光线传输计算奠定了理论基础。图4参6(严寒)几何光学 光的…     

分块拼接望远镜的数值仿真

为了更好地了解拼接望远镜光学系统的光学性能,对拼接主镜中分块镜的各种误差对望远镜光学系统的影响进行有效的分析计算。从几何光学入手,采用光线追迹方法,建立了拼接望远镜光学系统的数值仿真模型。利用该模型,可以模拟不同口径和分块镜数拼接望远镜的光学系统;可仿真分析拼接主镜中分块镜由于轴向平移、倾斜、旋转和径向平移等各种误差引起的波像差以及对远场图像的影响。并计算了不同误差项对光学系统斯特雷尔比的影响,为发展大口径望远镜提供技术支持。     

直接斜率法波前拟合和复原误差的仿真分析

报道了利用数值仿真方法对自适应光学系统补偿激光传输湍流效应中的波前拟合和复原误差的计算分析。计算结果表明，在利用波前斜率进行波前复原的实际自适应光学系统中，波前复原误差是利用波前最小方差法计算的波前拟合误差的１．２４倍。     

自聚焦透镜组合光学系统的光线传输分析

本文导出了自聚焦透镜组合光学系统的光线传输方程,讨论了光线传输与自聚焦透焦透镜参数关系。对几种典型自聚焦透镜组合进行了计算、从而估计自聚焦透镜参数选择。     

失调光学系统光线追迹公式

本文借助坐标变换，对现有的光线追迹公式进行改进，推导出一套失调光学系统的光线追迹公式。利用该套公式可以计算出光学系统存在各种失调情况下的像差值。     

细光束在钝锥体外流场中的追迹

飞行的钝锥体外流场在密度分布上具有强烈非均匀性,这将导致其传输的细光束在远场靶面上产生偏移,从而影响其光学探测系统的作用精度。探讨并给出了任意折射率分布介质中的光线追迹方法。利用该方法对钝锥体外流场中的细光束路径进行了计算。计算结果表明：在所选位置上,锥体外流场对光线的出射角有明显的影响,但不是特别剧烈;当钝锥体表面加冷却源后,流场密度梯度变化加大,光束出射角的脱靶量明显加大。校正外流场为分析钝锥体上光学系统引入的目标脱靶量提供参考依据。     

超短脉冲通过实际光学系统的时空特性分析

元件的像差和加工装配误差会影响通过其中的超短脉冲的时空特性。在不考虑介质的非线性作用时,基于傅里叶频谱理论并结合光线追迹和衍射理论,发展了一种有效的数值方法仿真超短脉冲通过光学系统的时空传输特性。以一个引入实际误差的2片式聚焦透镜组为例,分析了入射中心波长为800nm,脉冲宽度为30fs的高斯型超短脉冲通过该系统的传输过程,并通过实验测量了该系统在焦点处的脉冲时间宽度和焦斑大小,并与仿真结果进行了比对。结果表明,该方法不仅可以很好地仿真分析实际光学系统中超短脉冲的时空传输效应,也使得超短脉冲系统的优化设计成为可能,同时也为提出加工要求和合理的公差分配提供了指导意义。     

改善液晶光阀投影光学系统偏振特性的理论设计方法

定量分析了液晶光阀投影光学系统中影响系统对比度的主要因素，利用矢量方法建立三维空间数学模型对光线进行追迹，并利用琼斯矩阵和矢量光学的原理分析了偏振器件--主要是波片--和各种光学薄膜对光学系统性能的影响。给出了在一定假设条件下的对没有波片的光学系统和插入波征后的光学系统的仿真计算结果。两组数据比较表明在光路中插入合适相位差的波片可以显著提高系统对比度等性能。     

运用四元数分析椭球微粒所受的光阱力

在光镊的射线模型中,追迹光线在界面的折射反射光是较基本的也是较复杂的问题.传统的几何光学法计算光线的方位,对于一些不规则的物体来说,存在一定的困难度.本文提出使用四元数简化空间光线追迹,从而可计算非球形颗粒的光阱力.以入射光线和界面法线的外积确定入射面的法线为旋转轴;根据折射定律确定由入射光线旋转到反射光线和折射光线的角度.将入射光线以四元数表示,根据四元数旋转,可获得反射光线和折射光线的空间矢量.根据光子的动量变化,求得光阱对微粒的作用力.本文以球差影响下的不同形变的椭球为计算示例,模拟了椭球在光阱下的动力学行为,结果表明椭球的横向和轴向俘获效率受到各方向变形系数的影响;球差增大降低了轴向的最大俘获效率,稳定俘获位置也随之朝负轴偏离中心更远;在固定球差作用下,最大轴向俘获效率与轴向变形系数相关,在特定的变形下轴向俘获效率变得较大.由此验证了四元数方法的正确性、实用性与普遍性.     

非视线紫外光信号传输时间特性的数值模拟

在研究紫外光学非视线通信技术中,需要深入了解由于紫外大气散射效应所带来的各种信号畸变.传统的单次散射近似方法在进行较远距离、复杂天气条件下非视线光传输模拟时误差很大,采用基于Monte Carlo(MC)方法改进算法进行非视线紫外光信号传输的数值模拟,通过随机抽样的方法模拟光子在大气系统中的随机游动,在光子被大气中的粒子散射时计算其进入探测器的概率,模拟大气系统的脉冲响应函数.模拟结果表明:采用光子散射探测概率方法改进后的MC模型在模拟非视线光信号传输时计算效率显著提高;大气系统对非视线传输时的紫外光脉冲具有很强的展宽效应;随着光信号传输距离的增大,信号强度呈近似指数衰减的趋势.     

基于光的反射与折射定律的表述方法推导及应用

光的反射和光的折射是几何光学应用中最基本的方法。在现代精密光学元件加工过程中,其不同的表述方法可以为光线追迹、棱镜误差分析以及棱镜装调提供不同的解决思路。介绍了光的反射定律和折射定律的传统形式表述方法,并推导了光的反射定律和折射定律的矢量、矩阵及四元数3种表述方法。通过Matlab辅助下的模拟计算,得到施密特棱镜检验光路中2个不同区域入射光线的反射在水平方向上对称分布于前表面反射像两侧,与实际应用相符,实现了矢量、矩阵和四元数表述方法在施密特棱镜检验光路中的应用。3种表述方法可以为光线追迹、棱镜误差分析以及棱镜装调提供科学、实用的解决方法。     

Elliptical cosh-Gaussian beams

Using tensor method, a new kind of light beams named elliptical cosh-Gaussian beam (EChGB) is introduced in this paper. An analytical propagation expression for the EChGB passing through axially nonsymmetrical ABCD optical systems is derived by using vector integration. The derived formula is easily reduced to the propagation formula of a fundamental Gaussian beam and that of a cosh-Gaussian beam passing through optical systems. Some numerical simulations are illustrated for the propagation properties of EChGBs through the nonsymmetrical optical transforming systems, and further extensions are pointed out.     

大气环境下激光传输仿真软件的设计与编制

随着激光技术的发展,激光大气传输特性一直是激光领域的研究热点。综合激光大气传输的理论模型,运用科学的软件开发方法设计出了一套仿真系统,用来模拟激光在复杂大气环境中的辐射特性和激光的传输过程。该系统理论模型以Lambert-Beer定律为基础,结合了瑞利散射和米散射等经典理论,当在烟幕环境中模拟激光传输时,采用了多次散射模型。仿真中对大气环境采用逐段细化,每段根据数据库参数变化选取合适的计算模型,以提高仿真精度。绘制出了光斑和等位面随传输距离的演化图形,以演示激光大气的传输过程。     

光纤陀螺及其船用航姿系统的姿态解算

介绍了光纤陀螺的工作原理，分析了光纤陀螺用于船用航姿系统的姿态算法，对四元数算法和等效转动矢量算法进行了介绍。并在船舶摇摆运动条件下作了仿真，仿真表明四元数的四阶Runge-Kutta算法是一种较适合船用光纤陀螺捷联航姿系统的算法。     

基于光线光学的非线性自聚焦现象的仿真分析

采用光线光学方法对非线性自聚焦现象进行仿真, 能够从宏观上直观地体现强激光的传输过程, 同时避免采用近轴近似、自相似近似等. 本文采用在光传输路径上垂直于光轴切片的方法, 将光的非线性传输转化为切片上的光对折射率的调制作用和切片间的线性传输. 在切片端面上统计光强后对量化误差进行了抑制, 而线性传输过程采用了亚当斯法求解光线方程从而解决了龙格库塔法等不能用于非线性光传输仿真的问题. 仿真结果显示, 强激光自聚焦在轴上有多个焦点, 且第一个焦点的位置随光功率的增大而更靠近入射位置; 由于追迹的是实际光线, 故可以得到近轴区以外区域自聚焦及成丝(环)的情况, 这对于强激光系统安全是有重要意义的. 利用已有的同样基于光线追迹方法的光学设计、仿真软件, 可以把非线性自聚焦介质和线性介质结合起来, 仿真光在实际强激光系统中的传输. 关键词： 实际光线追迹 非线性自聚焦 光传输仿真     

压制观瞄系统多光谱光轴平行性调校技术研究

鉴于压制观瞄系统光轴平行性是实现精确压制的一项指标,其特殊性在于保证回转机械轴、可见光轴、激光光轴的平行性,提出一种采用双光楔对压制观瞄系统光轴进行调校的方法, 通过转动双光楔,使光轴发生偏转,从而完成各光轴的平行。通过分析压制观瞄系统的结构,重点介绍了双光楔调校的原理与方法,并建立数学模型。采用Matlab对数学模型进行仿真,基于该调校原理搭建实验装置进行试验,试验结果表明,采用双光楔进行光轴调校方法可使三轴调校后的平行度误差不超过0.1 mrad。     

动态目标模拟器用视景仿真镜头光学设计

研究一种基于液晶光阀的动态光学目标模拟器用视景仿真镜头,给出了视景仿真镜头的设计实例。动态光学目标模拟器由内置液晶显示系统、视景仿真镜头、外置投影仪、计算机、电缆、调整机构组成。测试设备将命令发送到计算机,计算机根据接收的指令生成模拟地形图并控制液晶光阀将图像显示出来,液晶光阀位于视景仿真镜头的焦平面位置,视景仿真镜头对液晶光阀成像后形成平行光出射,可在有限距离上产生无限远效果模拟观测结果,光学敏感器接受模拟器的出射光线并成像完成模拟试验,视景仿真镜头采用二次成像的反远结构,同时为保证与液晶光阀出射光相互匹配,采用了远心光路的结构形式。视景仿真镜头的焦距f=-22.447 1 mm,视场角是对角线视场为45,有效视场为301.5301.5;全视场畸边＜1％,在Nyquist频率42.5 lp/mm处MTF＞0.45,系统长度325 mm;视景仿真镜头与敏感器镜头配合后在敏感器像面上的照度均匀性不小于95.4％。最后给出了视景仿真镜头的测试结果。     

单模激光混沌系统的可视化模型及仿真研究

提出了一种直接用仿真软件建立单模激光混沌系统可视化模型的方法。分析了单模激光系统的混沌特性 ,并对单模激光系统的混沌同步与控制进行了仿真研究。该方法的优点是无需用传统的程序代码对模型和算法进行编程 ,且可实现混沌光学系统建模及仿真分析的全程可视化 ,是研究光学动力学系统的一种简便、有效的新方法     

畴反转结构片状集成4×4电光开关的设计与仿真

基于铁电体畴反转结构的电光偏转特性,设计了一种片状集成的4×4电光开关,其由四个结构相同的半抛物和四个抛物形微小偏转器集成构成.通过优化抛物形偏转器结构,给出了电光开关的设计参量,电光开关性能通过光束传播法进行仿真模拟,仿真结果表明该开关切实可行.实际应用中,系统误差可以通过电场调节补偿,使光路准确交换.该片状电光开关的整体尺寸为48 mm×2.2mm×0.5 mm(长×宽×高),最大使用电场约13.73 V/μm,适用于高速交换的光互连系统.