非视线散射大气光通信的光学天线

由于大气衰减的影响,非视线散射大气光通信需要使用光学天线以提高对光信号的采集能力,进而增加通信距离。针对非视线大气光通信的需求,利用ZEMAX软件对半球透镜、复合抛物面聚光器（CPC）和卡塞格伦望远镜等光学天线进行了性能分析。分析表明：半球透镜和CPC视场较大,增益值高。利用蒙特卡罗法模拟计算了一定条件下,非视线散射光通信在有无半球透镜或CPC作光学天线时到达探测元件的能量随通信距离的变化。结果表明：CPC聚光能力更强,适合作为非视线散射光通信的光学天线。     

光锥的光学传递函数测试方法研究

从传像方式上给出了光锥的理论传递函数,并提出了利用星点像分析测试其MTF的方法,通过具体实验给出了MTF的测试结果.测试结果表明,合理的选取测试组件参数,可以得到光锥在较大频率范围内的光学传递函数(>100 lp/mm) .从MTF趋势上看,测试结果与理论推导呈一致性.     

光锥与CCD耦合效率的理论分析

光锥与CCD的耦合技术是研制ICCD图像传感器的关键技术,本文主要从理论上分析并讨论了光锥与CCD耦合器件的耦合效率及其影响因素,进一步分析讨论了耦合效率对耦合器件信噪比的影响.证明了光锥与CCD的耦合效率不仅降低ICCD探测效率而且降低ICCD信噪比,并提出了提高光锥与CCD耦合效率的方法和途径.     

基于大数值孔径环形光锥照明的超分辨光学 显微成像方法研究

提出和发展了一种基于大数值孔径环形光锥照明的远场超分辨光学显微成像新方法, 采用将发光二极管(LED)面光源、窄带滤光和环形光锥照明相结合的特种照明方式, 实现超分辨显微成像. 建立了大数值孔径环形光锥照明成像的物理模型, 根据标量衍射理论, 在不同环形光锥照明时, 推导出光学显微系统像面衍射斑光强分布的理论计算公式; 通过Matlab求解和绘图, 得到衍射斑光强的分布图样, 从理论上证明这一成像方法可以有效提高光学显微镜的分辨率; 建立了相应的显微成像系统, 通过实验验证了该方法可有效改善显微镜的成像质量, 显著提高分辨率; 在中心波长450 nm、环形光锥数值孔径1.125—1.25时, 实验获得的分辨率至少优于150 nm, 与理论研究结果相符合, 从而证明了这一方法的可行性.     

光锥角对窄带滤光片透射率的影响及补偿方法

全介质膜窄带滤光片因具有优良的光学性能、较强的工艺性和空间环境适应性被广泛应用于空间多光谱遥感仪器中,但锥光束入射导致的中心波长漂移问题严重影响此类窄带滤光片的光谱选择性能。为了研究光锥角对窄带滤光片透射率特性的影响,设计了非规整型全介质膜窄带滤光片,分析了高斯光束倾斜入射窄带滤光片导致透射率的变化,建立了非均匀照度下锥光束正入射时窄带滤光片等效透射率的求解模型,定量求解了等效透射率及中心波长漂移量,并对理论模型进行了实验验证。结果表明,锥光束正入射对窄带滤光片透射率的影响主要表现为中心波长的蓝移;在镀膜工艺相对稳定的基础上,理论模型的等效透射率预测精度优于中心波长的0.15%。所以,可以使用等效透射率求解模型定量计算锥光束正入射导致窄带滤光片透射率的变化,并利用中心波长漂移量修正后的设计数据指导滤光片镀膜,进而实现窄带滤光片的高精度光谱选择,这为解决介质膜窄带滤光片因锥光束入射导致的中心波长漂移问题提供了新的技术途径。     

纤维光锥与CCD相机的耦合研究

本文就光纤光锥与CCD耦合的理论问题、实践工艺、相关测量等作了详细讨论和介绍,特别是有关高透过率、高分辨率、高传函光锥的研制;光锥与CCD象面的高质量、高稳定可靠耦合以及耦合后的象质评价和传函测定作了重点介绍。最后给出了我们的理论研究和实验结果。     

纤维光锥有效透过率的理论分析

光锥的有效透过率不仅影响光锥与CCD的耦合效率,而且会影响到耦合器件的信噪比.本文主要从理论上讨论了影响光锥有效透过率性能的因素,从纤维光学元件的实际内部结构推导出了其实际有效填充率,从光线在光锥中的传输特征推导出了光线在光锥中传播时产生的衰减损耗,最后提出了提高光锥有效透过率的方法和途径.     

复合抛物面聚光器作为可见光通信光学天线的设计研究与性能分析

针对室内可见光通信的特点, 选择复合抛物面聚光器作为可见光通信系统光学天线, 介绍了复合抛物面聚光器的几何结构和光学特性, 利用光学仿真软件 TracePro对复合抛物面聚光器进行了设计、建模与仿真. 通过对不同光源条件下复合抛物面聚光器聚光特性的仿真发现: 在光源为朗伯辐射模型时复合抛物面聚光器的聚光性能更好, 且视场角越小增益越高; 但接收端与光源的相对位置对小视场复合抛物面聚光器的实际增益有明显影响, 在仿真条件下, 视场角为10°的复合抛物面聚光器实际增益为22.88, 比理论值降低了31%. 在此基础上, 在一个5 m×5 m×3 m的房间中对采用复合抛物面聚光器为光学天线的室内可见光通信系统进行了建模, 分别得到了直射链路和非直射链路下房间内各个位置的光功率分布. 仿真结果表明, 采用一个视场角为60°的复合抛物面聚光器为光学天线, 两种链路下平均接收功率分别提高了4.29 dBm和4.77 dBm, 非直射链路比直射链路的平均接收功率提高了11.2%.     

光锥耦合对ICCD成像系统分辨力的影响分析

对耦合过程中的每个环节的分辨力变化情况进行了实际测试和对比分析。阐述了制约ICCD分辫率的瓶颈因素,提出了通过耦合高清数码相机CCD来提高ICCD分辨力的方案。     

光强局部选通成像器中光锥耦合技术研究

为了实现景物在强光照射下能够分辨图像的细节,在液晶的光强局部选通成像器中,使用光锥将TFT-LCD液晶耦合到CCD相机上以实现图像的实时传递。通过理论分析和计算,采用光锥耦合获得的耦合效率为14.24%,而透镜耦合则只有1.83%,由前者耦合后构成的局部选通系统,其调制传递函数曲线中奈奎斯特频率为0.518,极限分辨率为34 lp/mm,由此制作的器件,在对高照度下图像的细节分辨,明显高于透镜耦合的器件。分析了造成该系统MTF下降的因素,并提出了进一步改善MTF的技术措施。     

Electromagnetic Properties of S11 States in a Light Cone Quark Model

Using relativistic spin-flavor wave functions of a Lorentz-covariant light cone quark model, we calculate the electromagnetic form factors of two S11 resonances, N（1535） and N（1650）, and the helicity amplitudes A1/2 and S1/2 for electroexcitation of the S11 resonances from the nucleon. The electromagnetic form factors of these S11 resonances are found to be similar to those of the nucleon in shape, while the charge form factor of neutral N（1650） is nearly zero. The relative peak height of the S11 charge form factors is controlled by the mixing angle common to both resonance wave functions. As in most quark models, there is a systematic overestimate of A1/2 in both N（1535） and N（1650） cases at the photon point. A sizeable S1/2 for all cases is produced as suggested by experiments.     

Electromagnetic Properties of S11 States in a Light Cone Quark Model

Using relativistic spin-flavor wave functions of a Lorentz-covariant light cone quark model, we calculate the electromagnetic form factors of two S11 resonances, N(1535) and N(1650), and the helicity amplitudes A1/2 and S1/2 for electroexcitation of the S11 resonances from the nucleon. The electromagnetic form factors of these S11 resonances are found to be similar to those of the nucleon in shape, while the charge form factor of neutral N(1650) is nearly zero. The relative peak height of the S11 charge form factors is controlled by the mixing angle common to both resonance wave functions. As in most quark models, there is a systematic overestimate of A1/2p in both N(1535) and N(1650) cases at the photon point. A sizeable S1/2 for all cases is produced as suggested by experiments.     

光学薄膜特性的锥角效应数值分析

建立非平行光入射多层膜的模型,给出了在圆形光束锥角入射时的薄膜特性表达式,对三类典型光学薄膜即多腔滤光片、非偏振分光薄膜和非偏振截止滤光薄膜的特性进行了数值实验。研究结果表明:随着光束入射锥角的增加,多腔滤光片的影响是中心波长向短波方向移动,透射率下降和通带形状退化;非偏振分光薄膜的s和p偏振透射率增加,宽带波纹度增加;非偏振截止滤光薄膜的通带透射率出现周期振荡,s偏振的通带波纹度大于p偏振,通带波纹度总体具有增加的趋势,过渡区的陡度具有变大的趋势。     

非视线紫外光信号传输时间特性的数值模拟

在研究紫外光学非视线通信技术中,需要深入了解由于紫外大气散射效应所带来的各种信号畸变.传统的单次散射近似方法在进行较远距离、复杂天气条件下非视线光传输模拟时误差很大,采用基于Monte Carlo(MC)方法改进算法进行非视线紫外光信号传输的数值模拟,通过随机抽样的方法模拟光子在大气系统中的随机游动,在光子被大气中的粒子散射时计算其进入探测器的概率,模拟大气系统的脉冲响应函数.模拟结果表明:采用光子散射探测概率方法改进后的MC模型在模拟非视线光信号传输时计算效率显著提高;大气系统对非视线传输时的紫外光脉冲具有很强的展宽效应;随着光信号传输距离的增大,信号强度呈近似指数衰减的趋势.     

室内MIMO可见光通信的接收特性

建立了一种基于MIMO的室内二次反射可见光通信的信道模型。通过模型仿真,从不同位置处接收面上探测器的不同间距、不同面积以及接收面横向、纵向旋转方面,分析了室内MIMO可见光通信的接收特性。仿真结果表明,在满足信号可恢复的条件下,接收面探测器间距d的变化对光信号接收的影响很小,不同接收位置的接收信噪比(SNR)也呈现不同的分布。另外,接收面横向旋转不会影响光信号接收,而纵向旋转具有一定的限制范围。     

LED照明的光栅光调制器光学特性分析与实验

针对一种新型的光凋制器--光栅光调制器,研究用LED作为其照明光源时对光学调制特性的影响.以部分相干光理论为依据,结合MATLAB仿真,推导出用LED照明光栅光调制器时,光源带宽对成像对比度具有较大的影响,通过滤色片将光源带宽减小到13 nm时,像面上的对比度约为150,进一步减小带宽至10 nm,对比度将达到225.光源的尺寸在与光源到光栅光调制器之间的距离相比小于0.03时,对光栅光调制器的光学信息处理不会有影响,并通过实验加以证实,从而说明采用LED作为光栅光调制器照明光源的可行性.     

反射式莱曼阿尔法日冕仪杂光分析

作为色球层光谱的主要成分,莱曼阿尔法辐射在太阳物理学和日冕物理学中具有非常重要的地位。通过观测莱曼阿尔法光谱,可以分析出太阳色球层的主要结构和动态。采用内部遮挡结构,从光学要求出发设计了口径40mm、焦距590mm的反射式日冕仪,用以观测太阳在1.1R⊙～2.5R⊙(R⊙为太阳半径)范围内莱曼阿尔法波段日冕的辐射。该结构应用两片非球面反射镜和一片球面反射镜成像,一片平面反射镜对光路进行偏折。该系统的光学传递函数接近衍射极限,杂散光水平为太阳光球辐射的10-6倍,满足莱曼阿尔法波段日冕的测量要求。