折/衍混合单透镜在目镜中的应用研究

以传统凯涅尔目镜为基础，采用ZEMAX软件，设计了衍射面位于目镜系统中不同位置时的折／衍混合目镜系统，所有系统均仅采用最普遍的K9玻璃，设计结果与传统凯涅尔目镜的光学性能进行了分析和比较。结果表明折／衍混合目镜系统在校正目镜的像差，例如像散，垂轴色差、垂轴像差，轴向像差和轴向色差等方面优于传统的凯涅尔目镜，选择合适的衍射面位置，可以同时获得符合要求的畸变，衍射面的引入，极大地减小了系统的重量和尺寸。     

折衍混合单透镜的色球差校正研究

分析研究了小视场折射混合单透镜的设计中，当衍射面同时用于消色差和球差时光焦度分配的最优方案，得到了改进的光焦度分配公式，通过设计实例表明，由该改进公式可得到了较好的初始结构，能够有效地克服了衍射光学透镜校球差时产生的较大的色球差，验证了此改进公式的正确性和有效性，此改进公式对折衍混合系统的设计具有指导意义。     

二元光学透镜在资源卫星中的应用

使用一种基于二元光学透镜的分光成像及消色差原理的新方法来设计资源卫星的中继光学系统。通过分析二元光学透镜的分光成像原理、消色差原理、衍射效率与阶数和工作波长及设计波长的比之间的关系,又考虑到单独设计制造二元光学透镜的难度,采用折衍混合成像光学系统来拟定资源卫星中继光学系统的设计方案,给出用ZEMAX软件设计的具体结果。设计实例及分析结果表明,包含二元光学透镜的折衍混合成像系统可以很好的实现光谱波段分离,用于资源卫星的光学系统具有一定的适用性。     

折衍混合单透镜替代双胶合望远物镜的设计研究

提出了一种用以替代双胶合望远物镜的折衍混合单透镜的设计方法，由于一般望远物镜相对较大、视场较小，故其球差和色关功效大，校正要求高，而与视场有关的像差本身较小。通过分析初级像差，本文研究了折衍混合单透镜的折射器件（基底）选型、初始结构设计及消色差和球差的方法，仅采用一种玻璃材料Ｋ９，设计的折射混合透镜具有与原传统结构相当的色差和降低了约一半的单色像差，能成功地取代传统双胶合物镜；展示了折衍混合结构在     

影像测量技术在叶尖间隙测量中的应用

针对航空涡轮发动机叶尖间隙测量难度大、精确度不高的问题,提出利用影像测量技术对装配过程中的叶尖间隙进行高精度测量,采用自定义标定、改进的边缘检测和Hough变换、图像超分辨率复原技术,通过运动控制机构、工业CCD摄像机、计算机视觉库,设计了独特的图像测量体系,实现了叶尖间隙的高精度非接触测量。实验结果表明,测量精度达到了15 m,与其他叶尖间隙测量以及影像测量系统相比,该方法不仅精确度有所提高,而且移植性好、成本低。     

发动机叶尖间隙影像测量系统的设计

发动机转子叶片叶尖到开半机匣内壁径向距离是衡量发动机质量是否合格的一个重要指标,其值的大小对发动机的高效安全运行至关重要。利用立体视觉原理、自动聚焦技术和边缘检测算法,设计了一套发动机装配过程中叶尖间隙静态测量装置。该测量装置实现了对发动机叶尖间隙的非接触测量,且操作简单,测量精度高。实验结果表明该套装置测量精度达到20 m。     

二元变焦内窥镜光学系统设计

根据高斯光学原理,以液体透镜为核心元件,研究了无移动镜组变焦系统的设计方法。从医用内窥镜的使用要求出发,设计了一种二元变焦内窥镜系统。该系统可通过气压或液压控制液体透镜表面曲率变化,实现1.5倍变倍比,在1.8 mm和2.7 mm焦距下都获得了良好的成像质量。     

航空发动机叶尖间隙影像测量系统及其标定

针对航空发动机装配过程中叶尖间隙的测量,设计了一种影像测量系统,采用基于PC+运动控制卡的开放控制系统,通过PID控制实现对相机位置的精确控制。提出基于相机位置的精确快速完成相机标定,可在线准确测量出叶尖间隙值。相比其他光学影像测量系统及传统塞尺,该测量系统无需高精度标定参考物,可实现装配过程在线测量,测量范围为1 mm时误差小于20 m。     

液体透镜在变焦系统中的应用

利用液体透镜进行变焦系统设计可以大幅降低系统的复杂程度,本文介绍和讨论了该项技术的研究和应用现状。首先,基于液体透镜的分类即渐变折射率透镜和变曲率透镜介绍了几种主要液体透镜的原理和特点,给出了具有代表性的ARCTIC透镜系列和Optotune透镜系列的设计参数和优点。然后,对液体透镜技术在变焦系统中的应用进行了分析,描述了其在变焦眼镜、手机相机、内窥镜和显微镜等诸多领域中应用的现状和优势。最后,利用液体透镜设计了一种长焦距变焦系统,该系统可实现2.5倍的可见光变焦。     

衍射微透镜列阵在Shack-Hartmann波前传感器中的应用

菲涅耳衍射微透镜列阵是目前广泛应用的衍射光学元件之一,它是基于衍射原理,由计算机设计,并通过微细加工技术制作成的.本文介绍了8相位台阶菲涅耳衍射微透镜列阵的制作方法,并描述了一个用16×16微透镜列阵形成的小型 Shack-Hartmann 波前传感实验系统,用该系统可对入射波前进行测量和重建.     

一种通用的辐射聚焦器设计方法

本文把辐射聚焦器设计当作逆衍射问题求解，在吸收“模拟退火”思想的基础上，提出了一种通用性强、抗局部极值性好的优化算法──Ｉｍｐｒｏｖｅｄ－ＡＬＯＰＥＸ法，并就如何控制优化过程中的温度与步长两参量，进行了详细的讨论，剔除了ＡＬＯＰＥＸ法中存在的一些问题，最后比较了Ｅｒｒｏｒ－Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ法和本方法的设计结果。     

Demonstration of two-point velocity measurement using diffraction grating elements for integrated multi-point differential laser Doppler velocimeter

We have proposed a configuration of an integrated multi-point differential laser Doppler velocimeter (LDV) using arrayed waveguide gratings (AWGs) as grating elements. This paper demonstrates two-point velocity measurement using the proposed configuration with diffraction grating elements. An experiment was conducted using a free-space optical setup with bulk diffraction gratings instead of AWGs. The experimental results indicate that velocities at different positions can be measured using the proposed configuration. The measured separation of the two measurement positions was about 20.5 mm, about 11% of the working distance.     

光学多普勒层析三维矢量测速方法研究

光学多普勒层析术(ODT)是一种高分辨、非侵入的生物医学成像手段,能同时得到组织的结构信息和组织内血管的流速信息.提出了一种新型的基于相位分辨技术的ODT三维矢量测速方法.在ODT系统样品臂的准直镜和聚焦透镜之间加入窄带相位片,形成三个不同的相位延迟,通过计算多普勒频移和不同相位延迟下的多普勒展宽,可得到毛细管内的三维矢量流场分布.对已知浓度的聚苯乙烯溶液进行了一系列不同角度和不同流速的实验,结果证明这种新型的ODT矢量测速方法可以较精确的实现三维矢量流速的测量.     

全光纤激光多普勒测振仪空气耦合振动检测

采用外差探测方式, 建立了全光纤结构的激光多普勒测振仪,用来测量经空气传播耦合引起的散射体振动,以期感知振源振动信息。实验探索了散射体材料、固定方式和相对振源位置等对空气耦合振动的影响,得到了200~2700 Hz频率范围内6种散射体振动响应特性曲线。结果表明:通过空气耦合引起的散射体振动,在相同振源振幅下,散射体振动的振幅一般随频率升高而升高; 在材料、固定方式和相对振源位置等因素中,散射体材料对振动响应特性的影响是主要的,后两者只影响局部细节。     

Simultaneous measurement of flow velocity and Doppler angle by the use of Doppler optical coherence tomography

Monitoring blood flow velocity could have great value for biomedical research and clinical diagnostics. One of current restrictions to determine flow velocity by the use of Doppler optical coherence tomography (Doppler OCT) is that the Doppler angle should be predefined. However, from a practical point of view, it is not easy to predetermine Doppler angle for a flow beneath the tissue surface. In this work, a novel method for measuring both flow velocity and Doppler angle simultaneously by the use of Doppler OCT is proposed and demonstrated. Based on Doppler spectrum analysis, this technique measures both longitudinal and transverse components of flow velocity by detecting its Doppler shift and Doppler bandwidth to determine velocity and Doppler angle simultaneously. Such a technique extends flow velocity measurement into a broadening practical use of Doppler OCT where Doppler angle would not need to be predefined, for example, blood flow beneath the tissue surface. Therefore, with this technique, Doppler OCT could be applied to more practical diagnoses of microcirculation.     

二元光学超光谱成像仪分光系统设计

二元光学元件用作透镜在原理上色差非常大,若不在设计上做出补偿,则会限制其在宽波段上使用。阐述了利用二元光学元件色散特性的新型超光谱成像仪的基本原理和应用前景。由于国内加工衍射透镜工艺条件的限制,提出利用折衍混合透镜代替衍射透镜来实现色散和成像,介绍了此透镜系统的设计方法,利用光学设计软件进行分析和评估,希望对二元光学超光谱成像仪的设计具有指导意义。     

近距离激光外差探测光学极限位移分辨率

通过统计理论和维纳-辛钦定理推导出激光外差探测系统光电流的功率谱函数,分析了光电流谱线分布与激光光源线宽、中频信号频率以及信号光相对本振光传输延迟时间的关系,修正了相关文献中光电流功率谱的理论公式.根据信号与噪声理论建立了激光线宽引起的相位噪声的一维概率分布模型,并据此得到了基于激光波长、探测距离以及激光线宽的极限位移分辨率的数学模型.对光电流的功率谱和外差光学极限位移分辨率进行了相关的数值仿真,结果表明延迟时间与相干时间的关系决定光电流谱线分布的情况.当激光波长为532 nm,激光线宽在1 kHz,探测距离为100 m时,光学极限位移分辨率为0.266 nm,相关文献中的实验数据与理论推导结果相符合.