大视场四象限探测光学系统设计

为了实现大视场激光探测跟踪,分析了大视场激光探测光学系统的研制特点。首先,根据四象限探测对光学系统光斑均匀性的要求,结合系统的指标参数,选定合理的光学结构型式,提出像差校正的设计方案。然后,基于ZEMAX软件完成大视场四象限探测光学系统设计,并利用点列图、光线足迹图、包围圆能量定性评价系统光斑质量;通过TRACEPRO光学分析软件,得到探测器靶面的光线照度分布。最后,依据设计结果完成光学系统的加工装配及性能测试。测试结果表明：激光探测系统线性视场为±6°,测角精度优于0.15°,并根据实测数据针对线性视场进行曲线拟合,与理论曲线相符,验证了设计结果的正确性。     

60微弧度激光发射天线模拟设计及测试

为了实现远距离激光能量传输,根据光学相差理论和优化的组合透镜设计,着重研究了影响激光发射天线发射的激光光束随望远光学系统离焦量的变化规律和初步的实验测试.实验中利用三级像差理论消除激光天线系统像差对离焦量控制精度的影响,在不同的距离,实现了远场激光光斑的测量.采用高斯曲线拟合法,消除CCD探测器的饱和影响,提高了远场激...     

激光位移传感器传感探头微小型光学系统设计

光斑质量直接影响激光位移传感器测量的精度。为了提高激光位移传感器传感探头光学系统的成像质量,设计了传感探头四片式微小型光学系统。本文在理想成像基础上,分析光束在光学系统中能量传递的变化规律,对比光电探测器的感光能力,利用光学设计软件(ZEMAX)实现了激光位移传感器传感探头微小型光学系统的设计。通过理论计算分析,严格控制传感探头孔径光阑的大小,对光学系统进行优化处理,成像最大弥散斑半径低于3. 3μm,空间分辨率120lp/mm以下的传递函数MTF(Modulation Transfer Function)值大于0. 5,光线扇形图的最大像差小于5μm,畸变量低于0. 1859%。该光学系统具有良好的成像效果,可以满足激光位移传感器探测系统对成像系统成像光斑质量的要求,以保证传感器的测量精确度优于5μm。     

像差对激光制导目标方位探测精度的影响

激光半主动寻的制导武器在现代战争中发挥了重大的作用。在研究和分析四象限探测器探测目标方位的工作原理和实质的基础上,通过研究和分析激光半主动寻的制导武器的光学系统由于像差的存在导致目标方位探测误差的机理,得出一些重要结论。同时,根据一套实际光学系统参数,计算出了由于像差引起的目标地面偏差的数据曲线。本文为激光半主动寻的制导武器的光学系统设计以及其目标方位探测精度分析提供了重要的参考依据。     

光学薄膜诱导偏振像差对大数值孔径光学系统聚焦特性的影响

大数值孔径光学系统表面光线的入射角较大, 会导致薄膜的偏振分离, 诱发偏振像差, 影响光学系统的聚焦特性. 本文利用矢量光衍射理论, 建立了光学薄膜各参量与光学系统聚焦光场的模型. 利用该模型分析了线偏振光入射时, 光学薄膜对光学系统聚焦光斑的扰动. 在此基础上, 探讨了应用了不同约束条件下得到的光学薄膜对最终聚焦光场的影响, 确定了减小薄膜扰动光学系统光斑的设计方法, 即额外添加透射率差和位相差的约束条件, 并且适当增加位相差约束的权重. 利用该方法优化设计的薄膜, 相比于普通减反膜而言, 对系统聚焦光场中心强度的提升可达约12.5%.     

鱼眼镜头光学系统的非球面优化设计

应用非球面提高光学系统成像质量是镜头设计的常用手段。基于平面对称光学系统的波像差理论,通过分析鱼眼镜头各光学面的波像差贡献,将波像差贡献突出的光学面作为应用非球面的待选对象,结合波像差随非球面系数的变化趋势,确定应用非球面的光学面;应用优化算法和基于光线点列图分布定义的评价函数优化鱼眼镜头系统。通过对一个鱼眼镜头实例进行非球面优化,其点列图范围从全球面优化设计时的200 μm下降到100 μm,其评价函数值下降1个数量级,证明该方法能明显提高镜头的成像质量,对如何有效应用非球面优化鱼眼镜头的光学系统具有借鉴意义。     

静态傅里叶变换红外光谱仪的公差分析

由于光谱分辨率或光谱信噪比只能作为光谱仪干涉系统的性能评价指标,但不能用于光学系统的公差分析与优化,所以将系统分为三个子系统:前置光学系统、干涉系统与后置光学系统,分别采用不同的评价标准分析系统公差。前置光学系统采用波像差为评价标准,给出波像差与光谱噪声的关系,分析误差对波像差的影响,间接给出各种误差对系统性能的影响。干涉系统直接采用光谱噪声作为评价标准,可直接给出各种误差对系统性能的影响。后置光学系统采用光斑尺寸作为评价标准。通过这种方法,计算出三个子系统的灵敏度矩阵,并且给出了前置光学系统与后置光学系统的公差分配。     

四象限探测器光斑尺寸测量方法的研究

由于四象限探测器具有低噪声、高灵敏度和高带宽的优势,因此被广泛应用于激光光斑跟踪、准直和位置检测等领域。靶面上的光斑尺寸是影响系统性能的重要参数之一。对探测器的光斑位置探测灵敏度指标Sx进行了分析,比较了象限间沟道大小对Sx的影响关系。提出了一种测量光斑半径的方法,该方法利用电控偏转镜扫描探测器靶面,获得位置探测器灵敏度,基于位置探测灵敏度与光斑半径的对应关系,间接测得光斑尺寸。     

基于简单透镜列阵的可调焦激光均匀辐照光学系统研究

本文对基于简单透镜列阵的大口径激光均匀辐照光学系统的调焦能力进行了研究, 结果表明, 改变透镜列阵与靶镜之间的距离即可方便地改变靶面上光斑的大小. 文中详细分析了相关参数对调焦能力的影响, 并在此基础上设计出一个实用的光学系统. 用数值方法模拟了激光束通过光学系统后的传输, 发现尺寸不同的靶面光斑具有基本一致的强度结构特征. 定量地分析了光斑内部散斑间隔、调制对比度、顶部不均匀度及能量集中度等描述光斑均匀辐照质量的指标, 并研究了它们随靶面离焦量的变化关系.     

应用波像差理论计算Kirkpatrick-Baez系统的调制传递函数

调制传递函数（modulation transfer function,MTF）曲线可以客观地评价光学系统的成像性能。基于平面对称光学系统的波像差理论,给出了Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜光学系统主要像差的波像差计算表达式,采用自相关法,通过Gauss-Legendre数值积分求解并绘制了KB系统的MTF曲线,且与光学分析软件的MTF曲线进行对比。结果表明:应用波像差理论计算调制传递函数不仅可以定量直观地分析KB系统的成像性能,而且能进一步解析光学系统的单项像差分布情况,提供更具针对性的系统优化方案。     

全捷联激光半主动导引头线性视场研究

针对全捷联半主动导引头大线性视场的要求,分析了四象限光电系统线性视场与目标距离的关系。首先根据系统参数计算不同能见度、不同目标反射率下的目标距离与导引头接收光功率关系;通过建立光学系统的仿真模型,利用光线追迹方法获得不同视场对应的探测器光敏面光斑功率分布;最后结合探测器灵敏度阈值,得到线性视场与接收激光功率的关系:随着目标距离减小,线性视场从0°增大到光学设计理论值。实验测试结果表明,线性视场随着接收功率增大,从0°增大到±9°,与理论分析一致。因此,全捷联半主动激光制导系统设计应该考虑导引头线性视场变化规律。     

激光制导目标方位探测系统的光学设计

根据激光制导目标方位探测系统技术指标,分析了系统光学设计的特点,选定了光学系统的结构形式,探讨了激光回波光斑大小与四象限探测器光敏面大小之间的相互关系及其对目标探测跟踪的影响,并利用ZEMAX软件进行了系统参数优化,设计结果满足了使用要求。     

激光半主动比例导引头光学系统分析与设计

通过对激光半主动比例导引头工作原理和导引头光学系统的特点进行分析,并结合总体设计要求,提出设计一套波段为1.064 m,焦距38 mm, 瞬时视场3,线性区1的激光半主动比例导引头光学系统。用Zernike多项式模拟一个带有较大垂轴球差的波前,叠加在入射波面上,然后对系统进行优化,通过调整加入垂轴球差的大小来控制成像光斑的大小及光斑的均匀性,确定光斑直径为1.5 mm。     

激光制导武器能量特性半实物仿真技术研究

分析了激光半主动制导武器导引头接受激光能量特性,提出了激光能量特性半实物仿真系统.根据半实物仿真条件下导引头接受能量与实战条件下导引头接受能量应一致的原则,建立了半实物仿真条件下的能量传输关系.根据假设的激光半主动制导武器特性,对实现激光能量特性半实物仿真的相关技术进行了研究.     

激光目标模拟器能量链模型的建立与分析

激光目标模拟器是激光制导武器半实物仿真系统的一个重要组成部分。它主要是用来模拟随气象条件、目标反射特性以及飞行距离的变化而变化的激光脉冲,为激光导引头提供一个与实际工作环境相接近的回波信号。从理论上论证了这种激光目标模拟器的可行性。依据波长为1 06μm的激光在大气中的传输特性,结合各种外界条件对它的影响,建立了激光传输的能量链模型,为激光制导武器半实物仿真系统提供了理论依据。     

动基座激光束定向偏差测量新方法

提出了将二维摆镜和象限探测器相结合的动基座激光束定向偏差测量新方法.以摆镜作为快速调整激光发射主光轴方向的元件,利用象限探测器测量从目标返回激光主光轴的动态变化量,并从中分离光轴稳定平台运动对摆镜的耦合作用,得到激光主光轴相对目标视线的偏角,进而操控激光发射主光轴稳定瞄准目标.该方法具有较好的实时性,适用于运动目标的跟踪及时间为秒级的机载激光制导武器.     

某型激光导引头光电系统建模与测试方法研究

建立了激光导引头跟踪回路的数学模型,根据实际情况设计了仿真系统环境,提出了一个易于实现的可靠的激光导引头静态测试和动态测试的仿真系统方案以及在全弹道仿真条件下验证导引头数学模型准确度的仿真方案。目前该系统已经成功应用于某型激光制导武器的半实物仿真。     

天基激光告警系统成像特征及信噪比研究

目标成像特征和信噪比是天基激光告警系统优化设计、目标检测及攻击事件判定的重要依据.在介绍告警系统结构的基础上,分析计算了攻击激光成像光斑的情况,并进行了实验验证,讨论了系统的背景光噪声环境,计算了入瞳处的背景光辐照度,推导了系统成像信噪比公式,并得到了攻击激光成像信噪比.结果表明:攻击激光在正入射情况下的理论光斑直径约...