微型镜头对辐照激光的空间调制特性

传统的光学镜头探测主要基于回波强度(猫眼效应)来实现,但对于微型镜头而言,反射回波中存在明显的衍射现象,因此对微型镜头光阑衍射效应的研究成为一个重要的研究方向。基于角谱衍射理论,研究了微型镜头对辐照激光的空间调制特性,推导了回波光场分布的公式;仿真研究了探测距离、入射角度和光阑直径对衍射光场分布的影响,以及不同光阑直径时的最大可探测入射角,并利用搭建的激光主动探测系统对回波衍射现象进行了探测。结果表明,实际探测的衍射图样与仿真图样吻合得较好,所提理论能够准确地预测微型镜头探测回波的衍射现象。     

凝视光电成像系统猫眼回波特性的理论与实验研究

以惠更斯-菲涅尔衍射公式为基础,推导了猫眼系统的回波光场,并以二维光栅作为凝视光电成像系统的焦平面器件进行理论计算和实验验证.分析了光阑孔径对回波图像与焦平面器件调制之间相关性及空间截止频率对猫眼回波的影响.结果表明:随着光阑孔径的减小,回波图像信息减少,与焦平面上光斑的相关性降低;随着光阑孔径的增大,光栅干涉形成的次级光斑逐渐出现在回波图像中,回波图像也由于各级光斑的干涉变得复杂,对应的空间频谱变化反映了各级光斑的交叠情况.该研究对利用回波特征用于凝视光电成像侦察设备实施激光主动探测具有实际应用价值.     

大角度斜入射情况下的猫眼效应激光反射特性

基于角谱衍射理论,采用2维离散傅里叶变换和将双衍射孔径进行投影合并的方法,推导了斜入射情况下猫眼效应反射光的衍射传输过程,通过数值计算分析了入射角和衍射距离对衍射光场分布的影响规律,并实验验证了入射角的影响规律。结果表明,这种方法能够准确描述大角度入射时的反射光衍射光场分布,入射角对其衍射光场分布模式的影响相当于增大了衍射距离。依据入射角与衍射光场分布模式之间的对应关系,可对猫眼目标进行参数识别研究。     

分划板失调时猫眼系统的反射特性

为降低光电装备猫眼效应,减小光学窗口被激光主动侦察系统探测到的概率,对分划板失调情况下猫眼系统的反射特性进行了研究。基于几何光学与2维平面波角谱衍射理论,推导并仿真了平面波通过分划板失调猫眼系统在出射面上的衍射光场分布特性,实验验证了猫眼目标的反射特性。研究结果表明:分划板失调会导致猫眼系统出射面的回波光斑发生椭圆形变,而斜入射探测激光会使这一现象更加明显。利用这一特性对猫眼系统进行改进,会大大增加激光主动侦察系统区分形变猫眼目标和漫反射背景干扰的难度。     

"猫眼"探测光学环路的功率密度计算

激光对光电传感器主动侦察是基于光学系统存在的"猫眼"效应.对包括"猫眼"镜头的回波功率和CCD光敏面照度的整个环路进行了推导.分析结果表明:CCD光敏面上的照度随发射激光束散角、照射距离的增大而降低,随大气能见度的提高而增大.同时,探测器探测面的离焦也对CCD光敏面的照度产生较大的影响,离焦量越大,接收到的光照度越小.     

倾斜离轴高斯光束通过猫眼光学镜头的传输特性

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,进一步推导了倾斜离轴高斯光束通过猫眼光学镜头的解析传输公式,通过数值计算分析得到了倾斜系数和离轴量对猫眼效应反射光光强分布的影响规律.结果表明,斜入射情况下猫眼效应反射光光强分布发生非对称畸变,且倾斜系数较小和较大时有着不同的分布规律.并且,离轴量与倾斜系数共同决定着猫眼效应反射光应用于激光主动探测的可行性.     

基于矩阵光学的猫眼效应回波特性模型

以基于猫眼效应的激光主动探测为应用背景,针对以往几何光学分析方法研究猫眼效应回波特性中存在的不足,从矩阵光学入手,提出了光学窗口映射的光束传输分析方法,建立了光学系统离焦和光束斜入射条件下猫眼效应回波的形状和能量模型,解决了传统公式中发散角物理意义不正确和无法准确预知回波空间范围的问题。通过搭建模拟的理想猫眼光学系统对模型进行了实验验证,实验结果与模型计算结果符合得很好。该模型及相关结论对于基于猫眼效应的激光主动探测及其防护技术研究具有重要的参考价值。     

倾斜离轴高斯-谢尔模型光束在大气湍流中通过猫眼光学镜头反射光的光强特性

本文研究了大气湍流和探测光空间相干性对倾斜离轴激光束通过猫眼光学 镜头反射光光强特性的影响. 研究表明: 由于光阑效应以及光束倾斜或离轴, 反射光光强出现振荡和非对称分布现象. 大气湍流不会改变其非对称性, 但湍流中其光强不再振荡. 当猫眼光学镜头存在微弱正离焦δ_max情况下, 轴上光强可达到最大值. 猫眼光学镜头焦距越大, 所需δ_max越大. 但是, 大气湍流和探测光相干性好坏都不会改变所需δ_max值. 在大气湍流中传输距离足够远时, 反射光强会成为离轴类高斯分布. 随着传输距离的增大, 相干性越差的探测光的反射光束扩展可以更小, 这与部分相干光自由空间传输规律完全不同. 探测光相干性越好, 其反射光强受湍流的影响越大, 但差异不大. 本文所得结果对激光主动探测的应用具有意义. 关键词： 猫眼光学镜头 大气湍流 部分相干光 光强     

高功率激光通过有中心遮拦透镜的聚焦

用广义惠更斯－菲涅耳衍射积分对有振幅调制和位相畸变的高功率激光束通过有中心遮拦透镜的聚焦特性作了详细研究，并对焦面处光束的可聚焦性进行了讨论。数值计算结果表明，功率集中度与光阑的遮拦比，光束截断参数以及振幅调制和位要畸变参数等有关。     

超几何激光束通过聚焦光学系统的光力研究

基于贝塞尔积分及广义惠更斯-菲涅耳衍射积分方法,导出了超几何激光束通过聚焦透镜光学系统的光场解析传输公式,计算了其在不同传输距离的光强分布特性。研究了超几何光束对瑞利微粒的辐射力和梯度力的分布情况,并对超几何激光束的捕获稳定性条件进行了分析。     

Detection and jamming experiment of optical surveillance device in night equipment transportation北大核心CSCD

针对装备运输过程中可能遭遇侦拍的风险,结合运输安全需求,分析市面上常见的4类消费级侦拍装置(手机、卡片数码相机、单反相机和数码摄像机)的光电可探测性,并实现对各装置的有效干扰。通过搭建“猫眼”激光探测、激光干扰及回波信号接收系统,重点突破典型小口径侦拍装置的探测与识别,以及“猫眼”探测端与目标端的双向成像等理论和关键技术。在此基础上分析不同距离、干扰波长和孔径情况下可见光波段激光对“猫眼”目标的探测及成像干扰效果,并提出一种图像干扰效果评价标准及不同光学侦拍装置的有效干扰阈值。实验结果表明:典型光学侦拍装置在实验距离内具有良好的光电可探测性,并且可被有效干扰;在激光束完全覆盖镜头通光孔径时,目标与装置距离越近,激光束散角越小,波段越接近人眼敏感程度最大波段(555 nm),激光光束产生的非伤害性成像干扰效果越好。     

激光辐照猫眼光学镜头时的反射特性机理研究

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法, 对激光束辐照猫眼光学镜头时产生的猫眼效应机理进行了理论推导. 通过数值计算对猫眼效应的反射规律进行了分析, 并利用532nm激光辐照一个变焦范围为12—72mm的光学镜头进行了猫眼效应的实验验证, 从而得出了猫眼效应反射光特性与入射激光参数以及猫眼光学镜头的口径、焦距、离焦量等基本参数之间的关系. 研究表明, 猫眼效应反射光特性与猫眼光学镜头参数和入射激光参数密切相关, 且当猫眼光学镜头位于近场和远场的情况有很大不同. 根据入射光束 关键词： 猫眼光学镜头 猫眼效应 高斯光束 反射特性     

Propagation properties of Gaussian beams through cat eye optical lens with center shelter

Based on the method of matrix decomposition and expanding the aperture function into a sum of finite complex Gaussian functions, the analytical propagation equations of Gaussian beams through cat eye optical lens with center shelter are derived. Through numerical calculation, the laws governing the variation of the intensity distribution of the cat eye reflected light with the center shelter ratio and the diameter of the detector at the focal plane are given. The results show that the diffraction series and the intensity of the cat eye reflected light depend strongly on the center shelter ratio. As a further extension, it is found that the eye optical lens can be interpreted as a spatial filter, and different filter effect can be obtained by changing the pinhole size.     

基于线阵CCD反狙击探测仪的研制

针对传统反狙击探测方法主动性差、定位精度低的不足,提出了一种运用"猫眼效应"原理实现激光主动探测的反狙击方法.系统采用半导体激光器作为光源,以线阵CCD作为激光回波探测器.光学系统将一定角度的接收视场和线阵CCD的2 160个像元位置相对应,探测精度可达mrad量级.CCD工作时序由FPGA产生,其程序可在线编译.结合帧减和阈值比较算法,最大程度上剔除了噪声,试验探测距离可达250 m.     

基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统

提出一种基于猫眼腔镜损耗调节的新型激光横模演示系统。采用半外腔He-Ne激光器,利用由分立的可进行五维微调的凸透镜和凹面镜组成的猫眼逆向器构成损耗可调激光谐振腔,通过调节猫眼逆向器改变激光谐振腔的损耗比，实现改变激光横模状态的作用。利用CCD进行图像采集，计算机实现图像存储，从而得到20多种结构清晰的高阶横模花样图片。     

基于“猫眼效应”的目标识别

 阐述了“猫眼效应”的基本原理，并在此基础上对“猫眼效应”进行了实验验证。实验结果表明，光电探测器的确存在“猫眼效应”。利用“猫眼效应”进行远距离的目标探测与识别能够简化系统并有效提高目标探测识别的概率，对今后选取合适的方案进行空间目标捕获、跟踪和瞄准有一定的参考意义。     

Double-distance propagation of Gaussian beams passing through a tilted cat-eye optical lens in a turbulent atmosphere

By using the extended Huygens-Fresnel diffraction integral and the method of expanding the aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, an approximate analytical formula of the double-distance propagation for Gaussian beam passing through a tilted cat-eye optical lens and going back along the entrance way in a turbulent atmosphere has been derived. Through numerical calculation, the effects of incidence angle, propagation distance, and structure constant on the propagation properties of a Gaussian beam in a turbulent atmosphere are studied. It is found that the incidence angle creates an unsymmetrical average intensity distribution pattern, while the propagation distance and the structure constant can each create a smooth and symmetrical average intensity distribution pattern. The average intensity peak gradually deviates from the centre, and the central average intensity value decreases quickly with the increase in incidence angle, while a larger structure constant can bring the average intensity peak back to the centre.     

利用Zemax分析“猫眼效应”的激光反射特性

利用Zemax镜头设计软件建立了共轴的简化"猫眼效应"反射模型,并结合其强大的物理光学传播分析功能,仿真分析了目标镜头的口径、焦距、焦平面反射元件尺寸、倾斜度等主要参数对"猫眼效应"激光反射特性的影响。仿真分析的结果表明,目标镜头的"猫眼效应"激光反射特性是受目标参数和入射激光特性所共同制约的,对于空中目标来说,其"猫眼效应"的激光反射特性完全可以为激光主动探测所用。