单色化X射线显微成像实验研究

围绕激光惯性约束聚变(ICF)内爆压缩阶段高空间分辨、高能谱分辨的诊断需求,提出了一种将KB显微镜和衍射晶体组合的大视场、单色化成像系统。在实验室条件下,利用Fe靶X射线光管,采用KB显微镜结合高定向热解石墨(HOPG)对网格进行背光成像,晶体选能后的成像结果表明,系统的视场能达到800μm,其中高分辨区域成像的分辨率为37μm。采用能谱探测器测试成像能谱,结果表明,系统的能量分辨率为28,验证了系统的单色性能。该系统兼顾了大视场、空间分辨和能量分辨,对内爆压缩阶段实验中热斑结构及混合效应的研究具有重要应用。     

单层膜Kirkpatrick-Baez显微镜的分辨率模型

 分析了几何像差、衍射效应和光学加工精度等因素对不同工作能点的单层膜Kirkpatrick-Baez显微镜成像质量的影响,构建了该显微镜的均方根空间分辨率模型,用Ir单层膜KB显微镜获得了8 keV能量的X射线成像结果,其中心视场的分辨率约为2 mm,±50 mm视场的分辨率优于5 mm。实验结果与分辨率模型的对比表明,中心视场的分辨率受球差、衍射效应和反射镜加工精度的综合影响,边缘视场的分辨率主要由系统的几何像差决定。     

移动式量子级联激光器太赫兹全息成像仪光路结构设计

为了满足移动式量子级联激光器太赫兹(QCL-THz)全息成像仪大视场高空间分辨率的技术需求,设计了预放大同轴数字全息光路结构,显微物镜数值孔径为0.707或0.8,放大倍数为6倍,最佳工作距离为15mm。采用波长为96.8μm的QCL光源,该光路结构能实现10mm的视场,优于100μm的空间分辨率。     

X射线用Kirkpatrick-Baez显微镜成像质量的研究

 对惯性约束聚变的一种重要诊断方法-Kirkpatrick-Baez型结构显微镜成像方法进行了研究。计算了Kirkpatrick-Baez型结构显微镜的主要像差，并分析得出：造成轴上点像差的主要因素是球差，占像差的94%。基于光线追迹方法模拟出这种结构的成像过程，比较了不同反射镜长随视场变化对物面分辨率的影响，发现为了保证物面的空间分辨率能达到ICF研究要求视场应尽量控制在200 μm以内。最终得出能量在8 keV、视场为200 μm，分辨率小于10 μm的Kirkpatrick-Baez型结构的模型。提出在装调过程中重要公差计算方法，得到数值孔径为0.003 7时，角度装调公差应在-0.087°~0.067°范围内。     

一种成像光谱仪前置物镜的设计

未来的成像光谱仪要求其光学系统在宽视场和宽波段范围内有高的空间分辨率和光谱分辨率。提出了一种无遮栏三反射镜系统的设计方法。所设计的三反射镜消像散系统包括两个非球面凹反射镜和一个凸球面反射镜。系统的视场角可达到5°,并实现了平场、远心光路的设计,可满足大视场高分辨成像光谱仪前置物镜的使用要求。     

仿真评估技术研究室产品简介

正一.目标/场景模拟器红外场景投影仪工作波段:3μm～5μm光学视场:8°空间分辨率:不小于1024×768帧频:200 Hz温度模拟范围:20℃～150℃温度分辨率:不大于0.1℃温度稳定性:不大于1℃/h双色红外目标模拟器工作波段:3μm～5μm和8μm～12μm光学视场:3°,8°,20°空间分辨率:不小于1280×1024帧频:100 Hz温度模拟范围:50℃～150℃温度分辨率:不大于0.1℃温度稳定性:不大于1℃/h可见光/近红外目标模拟投影系统工作波段:0.4μm～1.5μm光学视场:2.4°～24°空间分辨率:不小于1920×1080帧频:100 Hz照度模拟范围:1 lx～10 000 lx灰度级:不低于256     

带像差校正功能的柔性变焦透镜

快照式光谱成像系统可实时获取运动目标的光谱图像,在动态目标跟踪和识别等领域有着迫切的应用需求。快照式光谱成像系统的光谱分辨率与空间分辨率相互制约,针对现有快照式分光成像系统数值孔径小、难以同时实现高光谱分辨率和高空间分辨率的问题,提出了一种基于Dyson同心结构的新型快照式分光成像系统,它具有数值孔径大、成像性能优和结构紧凑等优点;视场离轴和复杂化设计可在保持光学成像性能的同时,增大机械装调空间,具有很好的工程可实施性。优化设计得到的新型快照式分光成像系统的数值孔径达到了0.3,光谱分辨率优于0.54 nm,空间采样点数为112×24。这种高光谱分辨率和高空间分辨率的快照式分光成像系统可为研究对大视场内快速运动目标进行精确探测识别的快照式光谱成像系统提供重要的理论基础。     

KB镜成像模拟以及与菲涅耳波带板成像的比较

采用坐标变换方法自编光线追迹程序模拟了Kirkpatrick-Baez镜在X射线波段的掠入射成像,获得了视场、分辨率等结果.比较了给定参量条件下Kirkpatrick-Baez镜与菲涅耳波带板两种高分辨X射线成像的特性,给出两者各自适用范围.Kirkpatrick-Baez镜成像有比较高的系统效率,在视场中心的空间分辨能力可达0.71μm,但偏离视场中心±200μm,空间分辨能力显著下降至6μm,适用于较小视场的成像.菲涅耳波带板成像不仅在视场中心可以实现0.39μm的空间分辨能力,偏离视场中心达±13 mm,空间分辨能力也几乎不变,可实现大视场高分辨成像.     

基于热光学技术的空间光学系统热设计

为了验证空间光学系统热设计的合理性,利用光-机-热集成的热光学分析技术论证了空间光学系统的热设计方案。首先,阐述了热光学技术的一般方法以及热光学技术与热设计的关系,同时根据空间光学遥感器所处的空间环境和结构特点,应用被动和主动热控技术对空间光学系统进行了热设计。然后,利用有限元方法对热控后的温度场和热弹性变形进行了分析,得出该温度载荷条件下光学元件表面的变形量及刚体位移量,利用Zemike多项式进行了波面拟合。最后,用CodeV光学设计软件计算了热载荷作用下光学系统的传递函数。结果表明,各种工况下全视场范围内光学系统分辨率为50lp时,传递函数均超过0．5,成像良好,能够满足光学设计指标,热设计方案合理可行。     

亚微米分辨率Wolter显微镜的设计

受限于初始构型和光学加工能力,现有X射线成像诊断设备的最优空间分辨率被限制在3～5μm。提出一种基于开放式Wolter构型的亚微米分辨率X射线显微镜。详细介绍了显微镜的光学结构、设计方法和关键参数。提出一种适用于Rayleigh-Taylor不稳定性诊断的大视场、高分辨率X射线显微镜的光学设计方案。开展了基于光线追迹的构型验证、像质仿真和系统响应效率评价。显微镜设计工作能点为2.5 keV,有效视场为±0.35 mm,在全视场范围内空间分辨率优于1μm,几何集光立体角为3.73×10^-5 sr,峰值响应效率为1.52×10^-5 sr。     

小动物正电子断层成像仪性能测试

设计了一系列实验对Concorde MicroPET Rodent R4小动物正电子断层成像系统(该系统是Concorde Microsystems公司开发的小动物专用PET扫描仪，该扫描仪具有32层探测器环，动物入口孔径为120mm，横向视野为100mm，轴向深度为78mm，标称的视野中央处的空间分辨率可达1.8mm以下)的空间分辨率、灵敏度、散射率等性能参数进行了测试，测试结果显示该扫描仪视野中心的横向空间分辨率为1.9mm, 轴向空间分辨率为1.88mm, 在能窗设定为250—750keV时系统的绝对灵敏度为39.88 cps/kBq, 同样能窗下二维重建散射分数为50.6%,三维重建散射分数为32.3%. 关键词： 正电子断层成像仪 性能测试     

Optical design of a full-pupil field,non-contact and high resolution corneal curved objective lens

It has been a challenge to overcome the corneal curvature radius to design a full-pupil field, non-contact and high resolution corneal curved objective lens, which covers the cornea full-pupil field and has the ability to resolve corneal cells. In this paper, we report an optical design of a full-pupil field, non-contact corneal curved objective lens for high resolution cornea imaging. The advantages of this lens are that it has a wide field of view (FOV) with the corneal curved image surface, maintains the beam normal incidence, as well as non-contact lens imaging, and offers a cell-level lateral resolution of cornea structure. The analysis of optimization shows that the system achieves diffraction limit in a circular FOV of 4 mm diameter covering the full-pupil zone. The theoretical lateral resolution is about 2.5 μm with an image space NA of 0.16, which is sufficient to resolve corneal cells of 7 μm diameter, and the working distance is larger than 15 mm which is enough for a non-contact objective lens. So the optical design is effectively and efficiently meeting the demand of specifications.     

用气熔压工艺改善6μmMCP的空间结构和视场清晰度

高分辨率微光像增强器对微通道板(MCP)的孔径、空间结构和视场清晰度有着极为严格的技术要求。我们在引进的气熔压设备上，通过对压力、温度、保温保压时间等相互制约的工艺参数进行大量实验，已探索出孔径为6μm、孔间距为8μm的MCP的最佳工艺，即第一平台温度为500℃左右、熔压温度为560～590℃、压力为0.5～0.9Mpa，保温保压时间为60min左右。在光学显微镜和扫描电子显微镜下观察我们制作的MCP，发现复丝排列规整、边界相邻的两排单丝变形较小且排列有序、复丝顶角无畸变(即无扭曲、梅花丝、孔洞、错位)。与Photonis公司同种型号的MCP相比，我们制作的MCP的梅花丝少1／3左右。在标准输入下，我们的MCP增益比较高，增益均匀性有所改善，固定图像噪声在0～1级，视场清晰度得到了较大程度的提高。     

被动无热化切换式长波红外双视场望远镜

 提出切换式双视场光学系统的结构形式,探讨了切换式双视场光学系统的被动无热化设计理论。在此基础上,设计了工作波长为7.7 μm～10.3 μm的被动无热化切换式双视场望远镜。采用衍射面和非球面减少光学元件数量并提高像质,切换式双视场望远镜在-55℃～+70℃全温度带内MTF@18 lp/mm≥0.45。最后对设计结果进行了扩展,给出2个以该结构形式和材料分配为基础的镜头设计结果,结果表明该结构形式和材料分配具有一定的普适性。     

Compound diffractive telescope system: design, straylight analysis, and optical test

The compound diffractive telescope is a novel space optical system which combines the structure of compound eyes with diffractive optics and so it has a lighter weight, a wider field of view (FOV), a lower cost as well as looser fabrication tolerance. In this paper, the design of a compound diffractive telescope composed of one primary lens and twenty-one eyepieces is introduced. Then the influence of diffraction orders on the performance of the system is analysed. A modified phase function model of diffractive optics is proposed to analyse the modulation transfer function (MTF) curves for 0℃ FOV, which provides a more accurate prediction of the performance of the system. In addition, an optimized mechanism is also proposed to suppress stray light. The star image and resolution tests show that the system can achieve diffraction limit imaging within ± 2℃ of FOV and ±4~mm of eccentricity. Finally, a series of pictures of an object are taken from different channels, and the splicing of pictures from adjacent FOVs is demonstrated. In summary, the designed system has been proved to have great potential applications.     

高分辨率制冷型中波广角红外成像系统的光学设计

设计了一个F数为2,工作波段为3.7～4.8μm,全视场2ω=111.2°的高分辨率制冷型中波广角红外成像光学系统。该系统采用二次成像构型,通过Si、Ge、ZnSe三种材料六片式对称布局,利用折/衍混合器件及非球面,实现了光学被动消热差设计,使系统在-55℃至+80℃的宽温范围内,在空间频率为33lp/mm处的光学传递函数(MTF)均大于0.4,系统在15μm的像素尺寸内,能量集中度大于70%;采用f-θ设计,使成像系统对不同视场具有相同的角分辨率;通过引入光阑像差和控制像方视场角,使像面具有较好的均匀性,边缘视场最低相对照度为中心视场的90.9%,且具有近100%的冷光阑效率,同时,系统具有较好的冷反射抑制效果,该光学系统适用于像素为15μm,分辨率为640pixel×512pixel的中波制冷探测器。     

Flexible reduced field of view magnetic resonance imaging based on single-shot spatiotemporally encoded technique

In many ultrafast imaging applications, the reduced field-of-view(r FOV) technique is often used to enhance the spatial resolution and field inhomogeneity immunity of the images. The stationary-phase characteristic of the spatiotemporallyencoded(SPEN) method offers an inherent applicability to r FOV imaging. In this study, a flexible r FOV imaging method is presented and the superiority of the SPEN approach in r FOV imaging is demonstrated. The proposed method is validated with phantom and in vivo rat experiments, including cardiac imaging and contrast-enhanced perfusion imaging. For comparison, the echo planar imaging(EPI) experiments with orthogonal RF excitation are also performed. The results show that the signal-to-noise ratios of the images acquired by the proposed method can be higher than those obtained with the r FOV EPI. Moreover, the proposed method shows better performance in the cardiac imaging and perfusion imaging of rat kidney, and it can scan one or more regions of interest(ROIs) with high spatial resolution in a single shot. It might be a favorable solution to ultrafast imaging applications in cases with severe susceptibility heterogeneities, such as cardiac imaging and perfusion imaging. Furthermore, it might be promising in applications with separate ROIs, such as mammary and limb imaging.     

宽视场高分辨率闭路监控系统监控镜头设计

为了满足新形势下闭路监控系统（CCTV）对拍摄视场和高清分辨率的要求,设计了一款复杂化的反摄远型全球面结构的CCTV镜头。该镜头的全视场为80,F#为3,焦距为5 mm,光谱范围为486 nm~656 nm。采用像元尺寸为7.5 m7.5 m,1.27 cm(1/2英寸)的CCD成像。该镜头在奈奎斯特频率67 lp/mm处,全视场MTF接近0.65;在1/2奈奎斯特频率处调制传递函数（MTF）大于0.85;在220 lp/mm处,全视场MTF大于0.3,已经接近衍射极限。镜头像面波前PV值为0.077 9,RMS为0.015 9,达到了瑞利判据的要求。设计评价结果表明,该镜头像差校正满足CCTV监控镜头的成像质量要求。     

高分辨率超低畸变航天光学成像系统设计

在航天空间交会、对接等高精度定位应用中需要光学成像系统具有高分辨率、低畸变、大视场的特点，为此设计了一种满足上述要求的航天物镜。采用复杂化的双高斯结构形式进行准像方远心光路设计，系统由9片透镜组成，并采用耐辐射玻璃材料减少离子辐射的腐蚀性；采用滤光片避免短波辐射对系统的影响，引入非球面提高成像精度，最后对成像物镜进行了公差分析。设计的系统焦距为24 mm，相对孔径为F/2.2，工作波段600 nm~800 nm，全视场角为35°。设计结果表明，采用该方法设计的物镜在128 lp/mm处各视场传递函数值均大于0.3，畸变值为0.007 2%，达到设计指标要求。     

Wide field-of-view foveated imaging system

We have designed and demonstrated a simple, wide field-of-view (FOV = 60°) foveated imaging system utilizing a deformable mirror. The deformable mirror is used to dynamically correct the off-axis aberrations that limit the useful FOV of the system. The system mimics the operation of human eye through creating an image with variable spatial resolution and can be made significantly smaller and more compact than a conventional wide FOV system. Experiments show that this system can be used in many areas where size, weight, and data transmission bandwidth are critical.