薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射

研究了薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射问题,建立了含有币形界面裂纹的覆层半空间模型,采用Hankel积分变换,将裂纹对弹性波散射的问题转化为求解矩阵形式的奇异积分方程。结合渐近分析和围道积分技术得到积分方程的解,进一步推导了散射波的应力场和位移场,以及动应力强度因子的理论计算公式。在数值算例中,分析了不同材料组合和裂纹尺寸情况下动应力强度因子与入射波频率的关系,并给出了裂纹张开位移的结果。为薄膜涂层材料的动态破坏分析提供了一定的理论基础。     

应用在大尺寸LCD背照明的LED元件设计

传统的薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystal display,TFT-LCD)通常采用冷阴极荧光灯(cold cathode fluorescent lamps,CCFL)作为背光光源。相比较而言,由于发光二极管(LED)TFT-LCD背光源系统色彩还原性好、对比度高、亮度高,其色域是传统CCFL背光源的150%以上,最近几年,RGBLED背光源已经逐渐成为大尺寸背光源发展的主要方向。大尺寸LED背光系统结构主要采用直下式和侧式结构。直下式背光源具有结构简单、光利用率高的特点,是目前大尺寸液晶显示背光源的首选。以RGBLED作为光源,通过对LED光场分布的模拟分析,提出一种新的直下式背光源的光学设计。背光源模拟表明,该背光源亮度均匀性大于80%,色差小于0.01。     

基于光纤气体检测技术的煤矿自然发火预测预报系统

 分析了近红外光谱吸收式气体检测的基本原理以及煤矿采空区自然发火特征气体的选择,通过使用近红外激光光谱吸收式光纤气体传感器对采空区火灾特征气体浓度检测,报道实现了一套基于多种气体参数的火灾预测预报系统。系统使用分布反馈式半导体激光器（DFB LD）作为光源,光源驱动为低频锯齿波信号叠加高频正弦波信号,通过锁相放大器实现信号提取。根据采空区三带静态分布理论,给出了判断采空区自然发火危险程度的判定方法。该系统全部使用光纤进行井下信号传输和气体检测,使得检测精度更高,不带电工作,实时性更强,系统更加稳定可靠。     

基于窄频分布反馈激光器和光纤光栅的加速度传感器

提出了一种用窄频分布反馈半导体激光器作为光源,光纤光栅作为传感元件的振动传感系统.给出了这个系统的工作原理和系统组成,设计了光纤光栅传感器的悬臂梁增敏封装形式.通过实验测量得到了频率响应曲线和加速度响应曲线,结果表明悬臂梁一端悬挂的质量块的质量越大,灵敏度越高,但共振频率也相应降低.同时讨论了不同黏度的硅油对共振的抑制效果以及系统灵敏度与分布反馈激光器输出波长的关系.     

一种非对称双面离轴非球面反射镜检测补偿变焦光路设计方法

随着多波段共孔径高精度探测技术的发展,非对称双面离轴非球面反射镜因具备突出特点而发挥着越来越重要的作用,但高精度检测是限制其使用的关键步骤,而针对非对称双面离轴非球面反射镜检测一般还是分别使用两套补偿器单独完成,效率较低且切换补偿器会降低检测精度.针对这个问题,本文以干涉检验法中的折射式Offner补偿法为基础,按照离轴孔径光阑使光线离轴并分光、共用透镜组前后移动变焦及反射镜折叠光路的思路,提出一种变焦零位补偿装置光路设计的方法,并针对实例使用光学设计软件进行仿真设计实验,实现使用一套变焦零位补偿装置完成对非对称双面离轴非球面反射镜正反两个面的高精度检测光路设计.针对设计结果进行公差分析,分析表明设计满足制造装配精度要求,验证了该方法的可行性,为非对称双面离轴非球面反射镜高精度检测提供了一种新思路.     

新型小型化牙科扫描仪探头的光学系统设计

为解决牙科扫描探头小型化问题,基于结构光三维重建算法,创新性地设计出一种投影与成像共孔径设置的小型化牙科三维扫描仪探头光学系统。系统采用分视场共孔径技术,部分视场用于实现投影功能,另一部分视场用于实现成像功能,投影区域和成像区域存在公共区域。仿真实验给出了在扫描范围为46×35mm2内的系统性能,借助LightTools软件做了照明分析仿真,证明了系统光路的可行性。     

Optical system design with conformal decentered and tilted elements

We investigate the aberration properties of the conformal optical system with decentered and tilted elements by vector aberration theory.By decentering and tilting the window and corrector of the system,two elements are effectively used together in a particular manner by aberration compensation to achieve off-axis imaging.A conceptual design is performed with a half-field of 2° ,the F# of 4,and the wavelength ranging of 3700-4800 nm.The imaging quality can reach the optical diffraction limit and satisfy corresponding requirements.     

基于自由曲面的高倍率广角显微目镜设计

随着显微镜性能的不断提升,要求显微目镜具有更大的视场、放大倍率以及更好的成像质量.显微目镜由于孔径光阑外置,且焦距较短,其设计难点在于如何校正大视场带来的畸变与其他轴外像差,并在此基础上获得符合人眼观察要求的出瞳距离.本文分析了目镜光学系统存在的主要像差,特别是带有畸变的光学系统对成像所产生的影响.将自由曲面应用在显微目镜光学系统畸变校正中,设计出一款视场角达到60°(即±30°),放大倍率达到25×且全视场畸变小于5%的高倍率广角显微目镜.采用五片三组元式结构,其中自由曲面镜片采用塑料材料且关于XOZ与YOZ平面对称,实现了结构简单、易于加工且成本较低的高性能显微目镜设计.     

三反射主动变焦系统设计

空间光学系统在对深空探测、监视、威胁侦测和对地高分辨率侦查等应用中,不仅需要能同时获得高分辨率和宽视场范围的变焦系统,还需要体积小、重量轻、低能耗及快速调焦的系统,传统机械变焦系统因需要复杂精确的机械运动控制而存在诸多问题.因而,基于主动光学理论,将主动光学元件应用到成像系统中,提出了通过某个或某几个光学元件的曲率半径变化实现系统焦距变化的理论.根据初级像差理论和系统的外形尺寸,研究了系统主动变焦原理,确定了初级像差方程组的约束条件,求解共轴主动变焦系统的初始结构参数,借助ZEMAX软件进行优化设计,设计了一个由静止的主镜、曲率半径作为变量的次镜和三镜、无光焦度的平面镜组成的三反射主动变焦系统.由于该共轴三反射主动变焦系统存在两次遮光,会影响系统像面能量的接收,因此,指出对共轴系统进行无遮拦离轴优化设计的必要性,讨论了离轴系统设计理论,并设计了离轴三反射主动变焦系统.     

特殊整流罩窗口的非对称像差研究

分析了居中球形整流罩的波像差和偏心球形整流罩的波像差。为了分析共形整流罩的一般像差特性,建立了不同类型的整流罩模型,重点分析了像散和彗差,讨论了一阶和五阶像差,并与球形整流罩和偏心球形整流罩的相应像差做了比较。分析了长宽比、边缘厚度与顶点厚度比对像差的影响。