宽角度反射式相位延迟器的设计

金属增强型反射镜在入射光非正入射的时候,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。利用最优技术设计了一种相位延迟器,其工作波长在640-670nm之间,入射角在40-50°范围内时,反射率>99%且相移为90°±20°。波长在670nm附近时相移对入射角不敏感。膜层厚度误差对相移影响最大。     

90°反射式相位延迟器的设计

铜蒸气激光反射镜在非正入射的时候 ,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。通过优化设计 ,在4 90～ 5 30nm之间p、s波获得了 90°的相移 ,同时也使反射率在 99 998%以上。Ag层的厚度对于相移不敏感 ,并且当其厚度大于一定值的时候 ,对反射率没有影响。根据误差分析 ,制备薄膜时其沉积速率精度控制在± 1%以下 ,在光谱范围内能达到± 15 2 8°的相移误差 ,相移均在 5 0 4nm处附近存在有一个收敛值。折射率的变化控制在± 1%以下 ,在光谱范围内能达到± 12 77°的相移误差。最外一层厚度变化± 1% ,其相移变化达到± 5 5°,2～ 5层和 9～ 16层对相移的影响也在 0 .5°之上 ,其余各层对相移影响非常的小。使用时的入射角控制在± 1°时 ,在光谱范围内能达到± 2 .86°的相移误差。在 5 30nm附近的波段对入射角不敏感。     

紫外辐射照度计的余弦响应特性测试研究

采用所研制的紫外辐射照度计余弦响应特性测试平台,对21种市面上常用的商业紫外辐射照度计进行了余弦响应特性测试。测试结果表明,不同型号、不同探测器结构、不同漫射器材料的紫外辐射照度计的余弦响应特性差异较大,客观地反映了当前紫外辐射照度计的水平。当入射角为±10°时,余弦误差变化范围为0.03%～15.83%;当入射角为±30°时,余弦误差变化范围为1.85%～73.66%;当入射角为±60°时,余弦误差变化范围为1.82%～65.04%。在实际测量中,经常会用到大面积的紫外辐射光源或是形状不规则如长条形的紫外辐射光源,在测试时不能保证光线垂直入射到探测器,同时也不能满足点光近似条件,测试结果误差较大。通过测试可以准确地了解当前紫外辐射照度计的余弦响应特性,用于指导实际的实验测试,合理地调整测试条件以满足测试需求,必要时可进行相应的余弦误差修正。     

基于二维结构薄膜的偏振选择相位光栅的研究

利用二维结构薄膜构建了具有偏振选择特性的新型相位光栅,借助严格耦合波分析(RCWA)方法计算了光栅各级衍射强度随入射光波长及入射角的变化,发现在垂直入射情况下,波长600—640 nm范围内,相位光栅对横向电学(TE)模主要产生0级衍射,而对横向磁学(TM)模产生±1级衍射,在波长633nm处,0级衍射光的偏振消光比为109.8,±1级衍射光的偏振消光比为334.6.利用时域有限差分方法对这种相位光栅的偏振分束现象进行了模拟,偏振分离角在玻璃基板内可以达到10°左右,最后模拟了入射角为23°时光栅对不同偏     

椭偏法测量表面微粗糙合金钢材料的光学常数研究

采用椭偏法测量入射光波长为0.632μm,入射角为50°～85°时合金钢的光学常数。考虑材料表面的粗糙度,用Ohlidal-Lukes理论对所测光学常数值进行了修正,发现椭偏参量的修正量随入射角增大而增大。结果表明,测量入射角在50°～70°范围内测量值与修正后计算结果基本一致,在70°～85°范围内测量值与修正后的计算结果差距较大。因此,用椭偏法测量合金钢光学常数时使入射角小于70°,测量结果会更加准确。     

光束斜入射的分频光栅衍射行为研究

 用标量理论和矢量理论分析了光束斜入射时分频光栅的衍射行为，分频光栅在光束斜入射时的分频效果，以及入射角度的有效范围。计算结果表明，并非严格的正入射才能保证分频光栅的分频效果，在光束入射角度小于5°时仍然可以满足ICF系统的要求。     

基于遗传算法的30.4 nm多层膜设计

阐述了用遗传算法设计周期和非周期多层膜的原理和实现过程,完成了30.4 nm Mg/SiC周期和非周期多层膜设计,研究了遗传算法中不同种群数和多层膜膜厚取值范围对优化结果的影响.计算发现,种群数的恰当选取是使算法快速达到或逼近最优解的前提,膜厚取值范围的合理选择是提高算法效率的关键.设计得到入射角10°的周期多层膜和15°~22°范围内的宽角多层膜在波长30.4 nm处的反射率依次为56.57%与39.96±0.29%,5°入射的双功能多层膜在波长30.4 nm和58.4 nm处的反射率分别为54.1%和0.1%.结果表明遗传算法也是一种很好的多层膜设计方法.     

双菱体λ/4消色差相位延迟器的设计

根据菲涅尔全内反射相变理论,给出了双菱体λ/4消色差器的结构设计、性能分析和测量方法.由有效通光孔径和光线追迹设计出BK7玻璃在波长532 nm时相位延迟λ/4的双菱体的结构,用作532 nm至1 064 nm波长范围的标准λ/4相位延迟器.理论分析了入射角变化和波长变化对双菱体相位延迟的影响,当入射角变化限制在±4.3°以内时,其影响得到补偿;波长从532 nm到1 064 nm产生的误差为－0.65°.采用椭偏法中的消光技术,分别实测了双菱体在532 nm和1 064 nm波长下的相位延迟为：90.08±0.14°和88.99±0.1°,可知两不同波长产生的相位延迟误差为－1.09°.     

基于复合带宽积分平均衍射效率的倾斜误差研究

在系统装调过程中引入的倾斜误差会影响衍射光学元件(DOEs)的衍射效率。入射角度的增大也会影响DOEs的衍射效率。基于多层衍射光学元件(MLDOEs)的相位延迟表达式,提出了斜入射时衍射效率和带宽积分平均衍射效率(BIADE)与倾斜误差的理论关系模型。分析了斜入射时倾斜误差对衍射效率和BIADE的影响。建立了工作在一定入射角度范围内的复合BIADE与倾斜误差的关系。当工作在8～12μm波段的MLDOEs的入射角度范围为0°～20°时,若要实现98%的复合BIADE,倾斜误差角度应控制在0.25°范围内。进一步分析了存在偏心误差和相对微结构高度误差等其他误差因素时,要达到一定的复合BIADE,所需对应的倾斜误差大小。该方法和结论可以用于指导混合光学系统中MLDOEs的设计与装调。     

飞机尾翼转角测量系统设计

针对飞机尾翼转角测量及远距离监控问题,设计了一种基于数字式MEMS加速度传感器测量飞机尾翼转角的测量系统。分析了电容式加速传感器测角原理;利用数字式MEMS加速度传感器ADXL345,结合无线ZigBee技术采用CC2430模块,以嵌入式STM32单片机作为控制器构建了一种测量飞机尾翼转角大小的测量系统。采用三维转台对飞机尾翼转动进行了模拟,完成了±90°范围内转角的测量。实验结果表明,在±90°转角范围内,测量误差的最大值为0.277°,满足小于0.3°的误差要求。该测量系统可以有效地完成飞机尾翼转角测量工作。     

水下环境光学特性测量方法

为实现水下对航行器光学探测,研究了水下环境光学特性测量机理,确立了海洋下行辐射、海洋上行辐射测量方法。在分析海洋下行辐射分布规律的基础上,简化了海洋下行辐射模型,建立了Janus海洋下行辐照度测量模型,设计了辐照度光学探头,确定了海洋上行辐射测量方法,并完成光学探头的响应度定标设计。分析表明,下行辐照度由标量辐照度、散射系数、体积衰减系数和漫衰减系数共同决定,均匀角分布入射辐射率,当入射角小于70°时,余弦误差小于5%,采用的Janus设计优化了海洋下行辐照度的测量。海洋下行辐射、海洋上行辐射测量方法的建立,为水下实现目标环境光学特性测量奠定了技术理论支撑。     

级联积分球辐射源角度均匀性研究

为了设计和制造高角度均匀性的积分球辐射源,需要提供优化的设计参数。基于空腔的辐射传输理论,建立了基于级联积分球结构的发光单元光出射度分布的仿真模型,并获得了朗伯型发光单元安装位置和级联积分球辐射源角度均匀性之间的关系。仿真结果表明：理想情况下,采用2个朗伯型级联子球作为发光单元,对称安装在与级联积分球辐射源出光口法线方向成10°夹角位置时,通过球心与出光口法线方向成±20°夹角观测区域内的角度均匀性可以达到0.03%的水平。最后,通过实验测量级联子球在30°夹角位置时级联积分球辐射源的角度均匀性,发现实验结果与仿真结果接近一致。因此,通过优化发光单元的类型和安装位置,可以有效提升积分球辐射源的角度均匀性。     

Illumination technique based on integrating sphere with an unequal radius, hyper-uniform luminance and large-field angle

In order to meet the measurement requirements of image sensors’ uniformity of the CCD system with a large-field angle, the design for the form and structure of the integrating sphere, with 600–800 mm and hyper-uniform luminance double hemisphere is presented. LightTools software is used for simulation. The simulation result indicates that the compact structure of the integrating sphere with asymmetric double hemisphere renders both the design values and systematic performance parameters superior to those of the common integrating sphere. The integrating sphere system designed is manufactured and its optical parameters are tested. The test result indicates that at the outlet of the integrating sphere, the variation of illuminance is less than 2.3%, and the variation of luminance on the inner surface is less than 4.4%. Hence, it is concluded that this system can be widely utilized in measuring image sensors’ uniformity of the photoelectric imaging system with a large-field angle.     

一种高精度激光吸收率测量装置

针对现有激光吸收率测量的不足，在总结现有激光吸收率测量方法基础上，设计了一种积分球法激光吸收率测量装置。增加了导光管结构，并对光源进行了监测，对光束进行了调制。采用相关检测和同步采集等方法，有效地去除了背景噪声、探测器及检测电路噪声对测量的影响。并实验比较了安装导光管前后装置对样品吸收率的测量影响，并对多个样品进行实验。结果表明，对于样品反射率在10×10-6~10 000×10-6范围内，装置的测量误差可以达到±2%以内，实现了激光吸收率的高精度测量。     

一种高精度偏振遥感探测方式的精度分析

检偏器的角度误差是影响偏振遥感探测精度的重要因素之一,是许多高精度定量化偏振遥感需要考虑的一个问题。在检偏器(0°,60°,120°)放置的测量系统中,当入射光偏振角接近于0°或180°时偏振测量易产生最大误差值,而偏振角接近30°,90°和150°时,偏振度的测量具有很高的精度;在检偏器(0°,45°,90°)放置方式中,偏振角接近45°的光束测量易具有最大误差值,而偏振角接近于0°,90°和135°时,角度误差对偏振度测量精度的影响很小。除了个别偏振角外,对高偏振度入射光束的偏振测量通常具有较大的偏振测量误差。因此,引进线偏振光的平均偏振度测量精度描述偏振测量装置的优劣,结果表明检偏器(0°,60°,120°)放置方式优于检偏器(0°,45°,90°)放置方式。     

基于溴钨灯和LED积分球光源的可调谐光谱分布及光谱匹配

采用溴钨灯和恒流驱动的LED混合作为积分球内部光源,提出了模拟退火算法作为光谱匹配算法,研究了光谱分布可调谐积分球光源的光谱匹配技术.仿真实验表明,该混合光源完全能够定量地模拟CIE-D65和等能光谱分布,且在辐射功率优于LED模拟结果的前提下,LED的数量分别减少79.8％和82.9％,平均相对误差分别减小10％和4...     

积分球辐射光源照度均匀性研究

针对CCD等焦面阵列光电器件常被置于积分球辐射光源出口平面进行测试的误区,研究了积分球辐射光源照度分布的均匀性,得到了合理使用积分球光源测试光电器件的依据。基于数值解析方法和蒙特卡罗方法,建立了理想积分球辐射光源照度均匀性数学模型和非理想积分球辐射光源照度均匀性仿真模型,分析了与积分球光源出口不同距离处光电器件受光面上照度分布情况,并实验测试了两套积分球辐射光源照度分布情况,得到了与积分球辐射光源不同距离处光电器件受光面上照度均匀性分布规律。研究表明:当光电器件受光面直径小于积分球光源出口直径一半、光电器件和积分球出口之间的距离与积分球出口直径的比值在3至5之间时,可在光电器件受光面上获得均匀性优于99%的照度场。     

一种消除弯晶面形扭曲的轴角装置

Laue晶体单色器常用于单色化高能X射线(＞50 keV)，通过对其晶片压弯可以实现高能光束聚焦。晶片压弯过程中会不可避免地产生扭曲，从而影响单色器的工作效率。利用波动光学仿真的方法，分析弯晶面形扭曲对Laue晶体单色器性能的影响，并提出一种角位移微调轴角装置，用来消除这种扭曲。该装置基于直梁型柔性铰链，利用叠加原理和对称结构。利用有限元方法分析了该装置的力学性能。分析结果表明，轴角装置的转角范围为±2°时，其转动中心最大偏移为20 μm，实现了角位移分辨率好于1″，动态范围达到104，达到设计目标。     

红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法

为解决扫描镜摆角实时动态非接触测量问题,基于激光检测技术和CCD探测技术,提出一种红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法,并研制了扫描镜摆角动态测试系统,其可实现扫描镜的摆动频率、零位角、幅值、峰峰值平均等参量的动静态激光非接触测量。介绍了系统的组成和总体结构,着重对扫描镜摆角动态测量理论和大视场、大相对孔径特殊线性扫描光学系统的设计方法进行了分析与探讨,通过建立系统的数学模型,解决了测量数据误差修正与图形处理问题。对测量系统的精度进行了验证,结果表明系统的摆角测量范围为0~±12°,分辨力为0.01°,动静态测量精度优于±0.04°。