大口径红外成像系统的光学设计

推导了以反射式两镜系统为主体的红外成像系统中满足光瞳匹配要求的转像透镜的高斯光学参量与两镜系统参量的关系式。当选定红外焦平面的冷屏直径及到焦面的距离后，转像透镜与两镜系统的高斯光学参量之间必须满足这个关系式，才能做到光瞳匹配，这就是冷屏为系统的出瞳．而入瞳是主反射镜的口径。消像差由主镜、副镜的非球面及转像透镜上的一个非球面承担。用实例计算验证了所推导出的公式的可靠性，红外系统的口径取为250mm，红外接收器的冷屏直径为5mm，冷屏到红外像面的距离为20mm。两镜系统主镜的曲率半径选定为-1000mm及-800mm两个值，两镜系统焦距为2000mm，1500mm及1000nm三个。共计算了六种结构参量不同的系统。     

高速转镜干涉成像光谱仪的光程差分析

针对一种新的高速转镜干涉成像光谱仪的工作原理,给出其光程差的计算方法及结果.通过设定相关参量,重新构建光程差方程,并给出光程差在不同参量情况下的计算结果图,比较不同参量的影响.给出的光程差方程,为高速转镜干涉成像光谱仪的设计及获得的光谱图复原提供参量依据.     

数字平均对红外单光子探测器中温度控制系统信噪改善比的影响

针对用于量子保密通信中单光子探测器需要高精度温控系统的情况,分析了其温控系统中数字平均方案对系统信噪改善比的影响,给出了信噪改善比与平均次数、采样周期、总采样时间和白噪声带宽的函数关系.针对实际应用中总采样时间有限的情况,分别就平均次数、采样周期两个物理参量对系统信噪改善比的作用进行了计算,给出了总采样时间一定的情况下,信噪改善比的表达式,并定义了最佳的采样次数.     

基于Vernier阳极微通道板光子计数探测器分割噪声

为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰,研究了探测器分割噪声的来源,并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模,实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像,计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量,验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板,利用数值拟合方法,得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下,可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.     

激光扫描实时共聚焦显微成像系统设计

共聚焦扫描显微镜已成为生物医学和材料科学领域研究中非常有价值的一种工具.本文给出了一种反射型激光扫描共聚焦显微成像系统的系统结构和具体设计.采用多面体转镜进行水平扫描,摆镜进行垂直扫描.利用商品透镜设计了光学扫描中继系统,采用光电倍增管作为激发出的荧光探测器,同时给出了数据采集和扫描同步控制系统的组成与设计.利用CODE V优化光学扫描系统以获得尽可能小的扫描光斑尺寸和较大的视场,并综合考虑了采样频率、扫描速度和探测器对整个系统性能的影响,从而给出了该型共聚焦显微成像系统的相互匹配的设计参量.分析结果表明:共聚焦扫描系统设计合理可行|从光学扫描系统到PMT探测单元的各项技术指标得到优化,满足实时探测的要求|该系统具有适应性强,易升级,低成本的技术特点,同时可达到同类商品的技术性能.     

转镜式光谱仪光程差和非线性的研究

对转镜式高速干涉光谱仪的基本原理进行了介绍,给出了无晃动和有晃动两种情况下,轴上和轴外光线的光程差公式,并对结果进行了初步分析,发现晃动将使光程差大小发生变化,但不改变轴上光线零光程差的位置.光程差的非线性是转镜式干涉仪的天生缺陷,它和转镜的折射率、工作角等参量有关,使非线性最小可得出最佳折射率为2.9左右,从光程差误差的容限可以计算出对工作角的要求,折射率为最佳时,工作角可达13.3°,根据对非线性的分析结果,给出了转镜主要参量选择的原则.     

超高速摄影仪转镜运转可靠性数值与实验分析

为探讨分析转镜运转可靠性的数值方法,运用Monte Carlo理论并结合ANSYS参量化设计语言,根据小样本原理和可靠性理论建立了转镜运转可靠性分析数学模型.对转镜运转可靠性进行了数值分析,并对数值分析结果进行了实验验证.数值分析结果表明:转镜的功能函数值远大于零,最大应力与转镜转速的线性相关系数达0.9,镜体密度的相...     

仿复眼的动目标位置快速估计算法

昆虫复眼由成百上千个小眼组成,具有大视范围内的快速识别能力.本文仿昆虫复眼的快速定位特性,提出一种基于小眼视场交汇空间分区的动目标位置快速估计法.根据探测器阵列组合与空间视野范围的对应关系建立参量方程,参量为检测到动目标时探测器阵列的组合方式;模拟探测器阵列与运动目标,验证定位算法的快速估计能力;最后通过阈值比较获得检测到目标的探测器组合方式,求解参量方程实现目标定位.对定位计算结果与实际模拟距离进行比较,结果表明该算法能够实现不同大小目标在不同运动轨迹下的位置估计.     

临近空间高空气球地基探测能力分析

基于探测系统背景辐射特性及高空气球辐射特性,建立了探测系统辐射接收模型.考虑大气传输、光学系统成像、探测器及其采样对辐射的影响,精确计算了高空气球辐射及背景辐射在探测器焦平面阵列上产生的信号电子数,推导出用于高空气球探测的信噪比.利用Modtran软件仿真计算了自身辐射、镜背景辐射、漫背景辐射亮度,分析了复杂大气条件下的气球辐射特性,及高空气球镜反射率、漫反射率与积分时间对探测系统信噪比的影响.结果表明:采用光谱滤波技术,在晴朗无云天气下,可见光近红外(0.6~2.4)探测器适合高空气球探测;在复杂大气条件下,长波红外(8~12)探测器适合高空气球探测;在积分时间为0.25s,镜反射率为0.32,漫反射率为0.68时,或积分时间为1s,镜反射率0.43,漫反射率0.57时,探测系统对高空气球探测能力最强.     

超高速摄影中三面体转镜力学特性的计算机仿真

基于弹性力学空间问题的基本理论与有限元计算技术，建立了转镜力学分析的数值方法，并与四面体钢转镜的计算结果做了对比，表明它能够较为精确地模拟出转镜的强度及其任意点处的位移.利用该方法，计算了目前常用的三面体金属铍转镜和铝合金转镜的稳态强度，得出了转镜镜面变形量及内部应力分布的定量数值.结果表明,金属铍转镜在强度和镜面变形两方面均优于铝合金转镜.     

转镜式高灵敏度干涉光谱成像仪ROSI

转镜式高灵敏度干涉光谱成像仪(ROSI) 是一种新型傅里叶变换光谱成像仪,采用了基于Sagnac横向剪切干涉仪的精密转镜扫描机构,通过旋转Sagnac干涉仪的一个反射面,得到被探测目标的空间与光谱信息.ROSI具有共光路、无狭缝、实时性好等特点,因此具有较高的系统稳定性和探测灵敏度并可凝视成像.通过与现有的多种高灵敏度干涉光谱成像仪的比较,表明ROSI克服了现有技术中存在的主要缺陷.     

Sagnac interferometer with adaptive nonlinear detection

We present a Sagnac interferometer that uses a nonlinear adaptive medium for detection. The nonlinearity of the medium being characterized by a finite response time, the detection has a finite frequency bandwidth determining two operational regimes: at low variation rate of the rotation speed the interferometer operates in the slow-light regime, providing a direct measurement of the angular acceleration. For high variation rate of the rotation speed the amplitude of the alternating component of the Sagnac phase shift is instead detected, with the continuous and low-frequency components filtered out by the adaptive nonlinear process in the medium.     

大孔径静态干涉光谱成像系统(LASIS)中实体Mach-Zehnder干涉仪加工误差容限分析

简要叙述了LASIS光谱成像系统的原理和仪器构成,针对LASIS光谱成像仪像方视场与干涉数据单边过零采样的要求,通过对实体Mach-Zehnder横向剪切干涉仪结构和光路进行分析,并对比Sagnac型横向剪切干涉仪的结构,研究了该干涉仪的附加光程差与加工误差的关系,给出了附加光程差公式和误差容限公式,对探测器阵面上光程差变化的非线性效应影响进行了分析和仿真。结果表明,相比Sagnac型横向剪切干涉仪,因实体Mach-Zehnder干涉仪的非共光路特点产生的附加光程差会导致探测器上的零光程位置的偏移,为保证过零单边采样的要求,需对干涉仪的尺寸误差进行严格约束,其中组成干涉仪的两块非对称五角棱镜非对称量的匹配误差小于0.02 mm;而探测器上光程差变化的非线性效应引起的光谱复原误差小于0.2%,基本可以忽略不计。     

基于光纤环形镜的偏振无关的掺镧锆钛酸铅电光开关

利用掺镧锆钛酸铅(PLZT)陶瓷二次电光效应结合光纤环形镜结构的优势构成偏振无关高速电光开关。采用琼斯矩阵方法分析了光纤环形镜的输出特性,给出了开关消光比同器件结构参量之间的关系。测量掺镧锆钛酸铅电光开关具有输入偏振无关特性,光开关消光比达到25 dB,响应时间小于3μs。此外利用此开关装置测量获得了实验用掺镧锆钛酸铅陶瓷的克尔系数为κ~1.1×10-16m2/V2。理论分析和实验结果表明,利用环形镜结构稳定优势和掺镧锆钛酸铅优良的电光特性结合设计的高速光开关具有良好的应前景。本工作对掺镧锆钛酸铅电光材料的应用推广和高速光开光研究提供了有益的理论和实验参考。     

基于洛伦兹线型极光的上层大气风场探测模式研究

从洛伦兹线型极光的干涉强度、调制度与光程差的理论公式出发,用λ/4的步进光程差即“四强度法”获得一个波长范围内的4个干涉强度值,以实现基于洛伦兹线型极光的上层大气的风速、温度、压强等物理量的探测。提出用改形萨尼亚克成像干涉仪替代迈克耳孙干涉仪实现上层大气风场,给出了基准光程差的公式,并用四面角锥棱镜镀膜技术获得4个干涉强度值来同时探测上层大气风场的模式。最后在实验室将Kr灯557.0nm调整光束到一定宽度,对称地从顶角为60°的两面镀膜角锥棱镜的顶点入射,用768pixel×576pixel的CCD照相机接收到两个光斑的成像,这两个光斑的再复制就得到镀膜四面角锥棱镜在一个周期内的4个干涉强度光斑,从而获得上层大气风场。     

Fiber Sagnac Loop Filter with a Symmetrical Piecewise Uniform FBG

We propose a novel comb filter by using a symmetrical piecewise uniform fiber Bragg grating (S-PUFBG) in a Sagnac interferometer. The filter has wide bandwidth, equal passband spacing, and low insertion loss. The total transmission bandwidth is determined by the number and the parameters of the grating segments, while the transmission spectrum can be cosine modulated to realize comb-like filtering, and the modulating frequency can be controlled by adjusting the fiber length difference in the Sagnac loop.     

Sagnac干涉仪的几何参量计算

根据空间调制干涉成像光谱仪对视场的要求和小型化目标,通过对分体型Sagnac干涉仪的结构与光路进行分析,研究了Sagnac干涉仪的几何参量与入射光线视场角和孔径之间的关系.推导出满足视场要求的最优化几何参量以及满足横向剪切要求的几何参量修正量,并将其推广到实体型Sagnac干涉仪中,用于指导干涉成像光谱仪的结构设计与优化.     

用半导体激光器实现高精度动态定位

提出了一种新的半激光定位技术，把半导体激光器的线性调频特性和双波长细分技术结合起来，用两个半导体激光器完成了零点的高精度动态定位，突破了传统白光定位的局限，简化了干涉仪的设计，实现了大范围的零点捕捉。定位精度达到０．０１μｍ。     

高层大气风场探测改型大光程差Sagnac干涉仪全视场角光程差与横向剪切量的精确计算

提出了一种用于高层大气风场探测的改型大光程差Sagnac干涉仪,论述了其基本原理和分光机理;分析了空间光线在改型大光程差Sagnac干涉仪中的传播路径;利用空间几何方法,通过分析空间直线与其投影之间的关系,给出了入射光线绕入射界面法线旋转360°范围内,从任意方向以任意角度入射时,改型大光程差Sagnac干涉仪的光程差及横向剪切量的精确表达式,较目前文献所报道的只给出入射面与纸平面平行时光程差与横向剪切量的计算具有更加普遍的指导意义.为改型大光程差Sagnac干涉仪的设计、研制提供了重要的理论依据和实践指 关键词： 高层大气风场探测 改型大光程差Sagnac干涉仪 横向剪切量