光学窗口形变对平行光管光学性能影响分析

由于环境工况的多变性,光学窗口设计交叉了光、机、热等多种学科。在压差、轴向温差及径向温差工况下,分析光学窗口形变对某大口径、长焦距平行光管光学性能的影响,建立了光学窗口的有限元模型,与理论结果进行对比,验证了该有限元模型的有效性。以有限元分析得出的光学窗口变形数据为输入数据,带入改进了的Zernike多项式光机分析接口程序,获得了与像差对应的Zernike系数。用得到的Zernike系数表示光学窗口面型,以波像差作为光学系统成像质量评价指标,分析光学窗口变形对大口径、长焦距平行光管系统光学性能的影响。结果表明:光学窗口变形对平行光管系统光学性能的影响可以忽略不计。     

远焦小型线性变焦距物镜的设计原理

介绍远焦小型变焦距物镜的设计原理及方法。合理选取物镜的光学参数使变焦距物镜小型化 ;选取透镜的玻璃材料校正物镜的色差 ;采用适应法光学自动设计程序进行像差平衡 ,提高变焦距物镜的像质。所设计的变焦距物镜适用于多种医用内窥镜图像显示系统 ,其像质可与高分辨率的CCD图像传感器匹配。     

折射-衍射混合高精度平行光管的设计

 平行光管是安装、调校、测试光学仪器的重要工具之一,也是光学量度仪器中的重要组成部分。为了提高平行光管的测量精度,利用衍射元件的特殊色差特性和像差特性,提出了折射-衍射混合平行光管的设计方案,系统的入瞳口径为80 mm,焦距为500 mm,系统总长小于550 mm。设计结果表明,系统的最大弥散斑直径为5.2 mm,角分辨率小于4.3″,在空间频率50 lp/mm处,系统的调制传递函数高于0.8,接近衍射极限。     

红外大变倍比连续变焦距系统光学被动式无热化设计

为了实现大变倍比连续变焦距红外光学系统的光学被动无热化设计,研究了连续变焦距系统的无热化设计基本理论及方法。提出了在大相对孔径大变倍比连续变焦距红外系统中采用光学被动式消热差的方法。推导出了连续变焦距系统光学被动消热差的计算方法。基于这种计算方法,设计了一个焦距30~150mm,长波红外工作波段在8~12μm,相对孔径1∶1.1的大变倍比、大相对孔径连续变焦距系统,并进行光学被动消热差设计,使系统在-30℃~60℃温度范围内MTF大于0.3满足成像要求。系统设计合理,成像质量满足要求,通过系统设计充分验证设计理论的可行性和实用性。     

彩虹法和成像法测量玻璃微珠折射率对比研究

基于几何光学原理,彩虹法使用激光作为光源,利用激光在玻璃微珠中进行一次或者多次内反射后出射形成最小偏向角,在最小偏向角附近形成彩虹条纹,通过测量彩虹条纹来反演计算玻璃微珠的折射率。然而,成像法则根据厚透镜的成像原理,对玻璃微珠所成的像经过显微物镜放大后使用CCD相机进行接收,获得玻璃微珠的焦距,进而测得对应玻璃微珠的折射率。较传统方法来说,彩虹法和成像法具有安全、简便和快捷的优点。对型号不同的玻璃微珠,分别使用彩虹法和成像法测量其折射率,并对它们的测量结果进行了对比分析,都获得相对于名义值的误差小于1%的结果。     

一种基于模糊图像处理的透镜快速测焦方法

焦距的精确测量直接关系到光学仪器的正常使用和技术性能的充分发挥。基于光学离焦成像模型,结合模糊图像处理快速算法,提出了一种新的实用性强的快速自动测焦方法。根据光学成像原理提出模糊图像条件下测焦原理的数学模型,运用最小二乘法拟合圆的图像处理算法计算模糊图像中两弥散光斑间的距离,利用这个距离值计算出透镜焦距。实验证明该方法能够以较高的精度估计出弥散光斑间的距离值,从而实现精准且快速的自动测焦。该方法只需一幅模糊图像,相对于传统的测焦方法,减少了计算量,提高了速度和可靠性,降低了系统的复杂度。     

自聚焦透镜列阵的色差测量

本文分析了色差的产生和表示，计算和测量了锂玻璃自聚焦透镜成像系统中的轴向色差与横向色差，讨论了色差对自聚焦透镜列阵成像的影响。     

共轴PGP型光谱仪的玻璃选择与优化

针对棱镜-光栅-棱镜(PGP)型成像光谱仪装调难度大的问题,通过校正PGP成像光谱仪色差的方法保证探测器像面与光轴垂直,并设计了一款宽波段复消色差的PGP系统.从宽波段复消色差理论出发,计算了三种玻璃材料组合理论色差的最小值,为光学设计的复消色差提供了理论支持.利用光学设计软件优化得到的初始结构,结果表明,PGP系统的...     

基于PDMS基片的可变焦柱透镜

设计并制作了一种基于聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）基片的可变焦微型柱透镜。这种柱透镜主要由一根埋入PDMS基片中的玻璃毛细管构成,通过选择毛细管内液体的折射率实现变焦功能。液体折射率为1.451 8～1.550 2时,柱透镜焦距可由21.369 mm减小到3.362 mm,变焦倍数达到6.4倍。用散射光成像方法观察并拍摄了平行光通过这种可变焦柱透镜后的光线轨迹图;用ZEMAX光学设计软件摸拟了成像过程,模拟结果和实验图像相符;用高斯光学的逐次成像方法推导出了这种柱透镜的焦距公式,焦距的计算结果和实验以及模拟结果吻合。PDMS基片中可变焦微型柱透镜的成功制作,为＂芯片上的实验室＂提供了一种重要的光学成像元件。     

非相干自适应光学系统

<正> 人类使用光学仪器已经有七百多年的历史了。尽管光学仪器品种繁多,用途各异,但基本作用是相同的,即都是对光的波前进行变换,通过调节光程长度,产生希望的波前。光路上的扰动或光学系统的缺陷,都会使波前偏离理想波前的位置。这种偏离叫波前畸变,在光学成像系统中,波前畸变会影响成像的质量,使影像模糊,因此光学系统中允许的畸变量是很小的。传统的光学技术是利用玻璃之类     

声光可调谐滤波器(AOTF)消色散设计

介绍了非共线声光可调谐滤波器的构成及基本原理,计算了非共线声光可调谐滤波器衍射出的±1级衍射偏振光的偏转角,采用在光路中添加光楔的方法补偿非共线声光可调谐滤波器晶体色散引起的图像漂移.分析结果表明使用TeO_2材料设计的光楔在楔角为7.6°的时候可以控制图像漂移在一个像元以内,并在400～900 nm的工作波段范围内满足稳定成像的要求.     

分时偏振成像系统中光束偏离的补偿方法研究

分时偏振成像系统需要通过旋转检偏器获取场景的偏振信息(I, Q, U), 检偏器的前后表面间不平行(也称为楔角)将导致成像光束发生偏离且随检偏器旋转而旋转, 这将降低偏振成像系统的空间分辨率和偏振测量精度. 本文提出调整检偏器相对于入射主光轴倾斜角的方法来补偿上述光束偏离. 以格兰棱镜作为检偏器, 根据几何光学理论, 推导了分时偏振成像系统光束偏离的一阶近似补偿模型, 获得倾斜角与格兰棱镜楔角之间的函数关系, 并通过仿真模拟验证了该补偿方法的可行性和有效性. 研究结果表明, 将格兰棱镜置于汇聚光路中, 光束偏离的一阶误差可以通过调节格兰棱镜的倾斜角有效补偿; 倾斜角大小与棱镜折射率、楔角及棱镜距电荷耦合元件靶面的距离成正比, 与棱镜厚度成反比. 该结果为研制高精度分时偏振成像系统提供了切实可行的理论依据.     

高精度标准小角度发生器的研制、应用与传递──系列光学角规

本文阐述了国家平面角计量检定系统所规定的计量标准器具──光学角规的检定技术,主要介绍了我们提出的新的光学角规标定的原理和技术,并介绍在此原理基础上研制的检定光学角规偏向角值的基准仪器──光电光楔测角仪。经鉴定其检定光学角规偏向角的最大测量误差３σ≤０．１＂。本文中讨论了光学角规作为标准小角度发生器检定各类角度测量仪器示值误差的应用实例,特别是用于检定二维测角仪器的示值误差,该角规具有独特的优越性。     

Interferometric method to measure and test the optical homogeneity of transparent materials

The main idea of the method is to eliminate physically the influence of errors of glass sample plane surfaces on the wavefront transmitting through the sample. This makes it possible to reveal the “pure” optical inhomogeneity of the material independently of the errors of flat surfaces of a glass sample made in the form of a plane-parallel plate or a wedge of the small refractive angle. A basic optical layout of the laser interferometer explaining the capabilities of the practical application of the method is presented.     

星间激光通信光束微弧度跟瞄性能检测装置的设计原理

基于矢量折射定理,研究了透射光束通过双棱镜实现微弧度量级偏转的设计原理,解决了星间激光通信精跟瞄检测的难题。推导了正交双棱镜实现光束偏转的精确公式,提出以水平张角和垂直张角表达光束视场,并说明了单棱镜实现光束偏转的一般情况。根据设计指标和计算结果确定了棱镜的主要参量,进而对光束的偏转结果进行了数值模拟。最后的实验结果与模拟结果基本一致。结果表明:取棱镜棱角α为4°时,棱镜每旋转1′,透射光束变化约1μrad;分别控制双棱镜在其最小偏向角一侧小角度偏转,可以实现光束在水平方向和垂直方向500μrad范围内的精确扫描,装置的扫描精度可以达到0.2μrad。     

偏振干涉成像光谱仪中Wollaston棱镜光程差及条纹定位面的精确计算与分析

论述了基于单Wollaston棱镜的偏振干涉成像光谱仪的基本原理;采用波法线追迹方法,对光以4种不同入射方式经过偏振干涉成像光谱仪中单Wollaston棱镜的精确光程差、分束角及干涉条纹定位面进行了计算,并给出它们与棱镜楔角、入射角及入射位置之间的理论公式;采用计算机模拟对光程差、分束角及条纹定位面的精确值和近似值进行分析与比较,结果表明精确值和近似值之间存在较大差异;当棱镜楔角、入射角及入射位置增大时,精确值和近似值之间的偏离量随之增大;利用得到的精确值分析了条纹定位面的偏离量及其对傅里叶透镜成像的影响 关键词： 偏振干涉成像光谱仪 Wollaston棱镜 光程差 条纹定位面     

An optical method for wavelength fine-selection in optical spectrum analysers

This letter describes a novel optical method for wavelength fine-selection in the optical spectrum analysers(OSAs) for dense wavelength division multiplexing (DWDM) applications. The proposed new method employs a 'refractive optical lever'system consisting of a rotating optical wedge prism.A new OSA system based on Littman-type monochromator is proposed and the wavelength selection accuracy and resolution of OSA that has included such an optical lever system have been improved by a factor of 20 to100 depending on the wedge angle and offset orientation angle of the optical wedge prism. This proposed 'refractive optical lever' may also simplify the rotation mechanism of the mirror in the commercially available OSAs.     

红外目标仿真光学机构

论述了目标仿真机构的用途、仿真的光学原理以及实现原理的光学系统。对其中的两个光学问题的研究作了详细地论述 ,即干扰光路 2倍于目标光路的视场角以及如何由摆镜的摆动实现。由于析光镜与光轴成 45°角 ,使像点在子午方向被拉长约为弧矢方向的 10倍。为了减少子午像差 ,将两块析光镜作成略带楔角的楔形镜。结果表明 ,由于该机构的尾焰、尾喷管用的是同一条光路 ,所以使结构大为简化 ,这对降低转动惯量非常有利 ;由于有干扰弹仿真 ,使机构的功能得到了扩大     

多光轴光学系统光轴间平行性检测仪的研制

结合实际需要设计了一种精度高、便携性好,用于检测多光轴光学系统光轴间平行性的检测仪器。该仪器能够实现可见、红外与激光不同谱段任意两个光学成像系统间的光轴平行性检测。与同类其他仪器比较,该仪器的特点是光学系统结构均采用全反射设计,避免使用红外光学玻璃,在设计中减小和去除了影响仪器精度的一些因素,例如:去除了平面镜2个表面楔角的影响。仪器的主体采用完全对称的结构和积木式的组装方式,保证了仪器经温度循环实验和振动试验后检测精度优于5,满足使用要求。     

等光程干涉仪中参考镜楔角最优补偿方式研究北大核心CSCD

在测量多表面平行样品时,多面干涉会影响测量结果。为了能改善多面干涉问题,介绍了等光程干涉仪,并研究了参考镜楔角的最佳补偿方式。在等光程干涉仪中,由于参考镜和分光镜的楔角和倾角的存在,测量结果中会带有回程误差。根据参考镜楔角的不同情况采用了不同的补偿,理论分析并确定了各种补偿的放置方式和补偿量,同时研究了倾角和楔角的大小对于要被遮拦光束高度和像方数值孔径NA的影响。再利用Zemax进行不同补偿方式下的干涉仪仿真,并根据仿真得到的干涉图PV值分析回程误差的大小。分析表明:选用最佳补偿方式,参考镜楔角为1′,回程误差优于0.003个波长。