用于智能移动设备的条纹反射法检测系统

条纹反射法是一种结构简单的三维面形检测手段,本文对该方法在智能手机、平板等移动设备中的集成和应用进行了研究。首先,对条纹反射法标定误差以及智能设备的特点进行了分析。然后,在分析实际检测中的关键误差基础上,提出了通过相机非线性定标、改善相移算法、格点位置标定、应对相机自动增益调整等一系列方法和算法,在设备现有硬件条件下提高了测量精度和稳定性;最后,使用iPad Air对直径为105 mm的SiC反射面进行了实验。结果表明,标定精度在毫米量级时,对反射面的检测精度RMS值达到33μm,并且以低频误差为主,在局部高频区域检测结果有明显优势,证实了在不使用其他外部设备前提下,集成于智能平板的条纹反射法具备几十微米量级精度的检测能力。     

有限宽平板波导中的克尔空间孤子及全光器件的设计

利用数值模拟的方法研究了倾斜入射的傍轴光束在有限宽非线性平板波导内的传输规律.研究发现,当不同波长相同束宽的光束各以临界功率倾斜入射波导时,如果倾斜角、入射点都一样,它们将沿大致相同的周期性的Z字形路径传输;如果光束功率进一步增大,相邻反射点之间的间距随传输距离有逐渐变大的趋势,Z字形路径不再有严格的周期性;当功率相当大时,光束将沿波导z方向传输,不再在波导的两个边界之间来回反射.利用倾斜入射光束在波导内的传输路径随功率而变的特点,设计了一个功率开关和一个光时分解复用器. 关键词： 空间光孤子 有限宽非线性平板波导 全光器件     

VO2 thin films based active and passive thermochromic devices for energy management applications

VO₂ thin films were fabricated by argon ion beam assisted non-reactive ac dual magnetron sputtering followed by carefully controlled thermal oxidation. This method is known to give high quality compact thin films with uniform high deposition rates. Thin films deposited on both bare glass and indium tin-oxide (ITO) coated glass substrates were studied, respectively, as passive and active thermochromic devices for their electrical and optical switching behaviors. Thin films varying in thicknesses from 65 to 250 nm were investigated. ITO film was used as an integrated heating device to activate the phase transition via an applied bias voltage. Such structures were found to bear several advantages from an application point of view.     

一种舰船光电装备光轴检测仪

为了在实验外场和装舰现场克服舰船光电装备多传感器光轴一致性标校中由于环境限制、舰船摇晃等造成的操作困难,提出一种舰船光轴检测仪方案。通过共光路和光谱转换技术实现激光光轴与可见光轴的耦合,激光像斑在可见光通道输出成像视频,依据像斑中心与装备十字刻线位置关系判断激光与可见光光轴的一致性。应用CAD/CAE技术对光轴检测仪的关键器件——光轴耦合单元进行仿真分析,得到-10℃~+40℃温度范围内的反射镜面平行性误差分别为13.576 332″和16.397 421;″整机环境实验结果表明,光轴检测仪本身精度误差小于20,″满足光电装备光轴的一致性要求。     

Thin film optimization design of organic–inorganic hybrids for waveguide high‐rejection optical filters

We report the fabrication of transparent, low surface roughness (<0.1 nm), and low‐loss (1.5 ± 0.2 dB cm^–1, 532 nm) thin films of organic–inorganic hybrids with controlled refractive index values stable under aging. High‐rejection optical filters based on first‐order Bragg gratings inscribed in channel waveguides were fabricated using UV‐laser writing. Their high‐rejection figure of merit (～24 dB) is the best value found until now for organic–inorganic hybrids reinforcing the potential of sol–gel technology in the integration of optoelectronic components based on hybrid materials, namely in the fabrication of cost‐effective integrated optics devices. (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Combustion synthesis of high-quality diamond film suitable for application in electronic devices

The purpose of this research is to elucidate the electrical characteristics of a diamond film synthesized by combustion flame and synthesize a diamond film suitable for application in electronic devices. When the film contains amorphous carbon, the dielectric loss increases, i.e., the electrical characteristics of the diamond film are degraded. We employed three methods to decrease the amorphous carbon in the diamond film—the detection of the optimal equivalence ratio, addition of hydrogen into synthesizing gas, and heat treatment (annealing) of the diamond film. All these methods can decrease the amount of amorphous carbon effectively, thus systematically changing the factors influencing the optimal synthesis for improving the electric characteristics of the film. We have successfully developed a method for preparing a high-quality diamond film with excellent electrical characteristics that has no dielectric loss in the wide frequency range (10²–10⁸ Hz).     

一种塑料非球面门镜光学系统的设计

介绍了一种塑料非球面门镜的设计原理及方法。把门镜视为逆向伽俐略系统来确定外形尺寸参数 ;仔细选取系统的光阑位置 ,选取二次曲面的系数及二次曲面的位置 ,可以校正系统的参差及像散。设计的门镜比现有的多种专利门镜结构简单、成像清晰。其视场中心像质达到了人眼明视距离处的极限分辨率。     

两挡变焦光学系统的齐焦设计

受光学材料折射率、光学加工以及光学装校等误差因素的影响,宽视场短焦子系统和窄视场长焦子系统组成的两挡变焦光学系统的实际像面均偏离理想像面即发生像面漂移,但漂移量不同,导致两子系统产生不齐焦现象。为了解决此问题,以某型载荷中波红外两挡变焦光学系统设计为例,分析齐焦设计时定长焦调短焦和定短焦调长焦两种设计方案的优缺点。比较了定长焦调短焦3种方法,即调变倍组与补偿组、调变倍组和调补偿组的补偿量与长焦焦距变化情况,定短焦调长焦3种方法,即调变倍组与补偿组、调变倍组和调补偿组的补偿量与短焦焦距变化情况,指出定长焦调短焦、单调补偿组的齐焦设计方案为最优方案。     

变焦系统凸轮曲线的优化设计

由于变焦系统凸轮曲线的的质量直接影响像质,因此从实际应用出发,以变焦方程和动态光学原理为依据,结合实际工作中需要设计的变焦镜头,通过对变焦系统高斯计算的过程进行分析,指出影响凸轮曲线的主要因素为变倍组和补偿组的焦距以及二者的间隔。针对3个参量之间的对应关系进行讨论,提出了优化凸轮曲线的方法。     

多波段空间推扫相机光学系统设计

空间推扫相机的光学系统要求具有大视场、大口径、低F数等特点，据此设计了一种3波段光学系统。在参考国内外各种扫描或推扫相机结构的基础上，根据像差理论和系统要求，采用有效的分光方式和紧凑的光路结构，对不同的波段采用不同的像差校正方法，以及对系统优化组合后，最终得到了一个实用的光学系统。该系统包括可见、中波红外和长波红外波段，视场达到2.93°×0.3°，可见波段的F数为3.8，中波和长波波段的F数为1.9。从设计结果可以看出，系统3个波段的光学调制传递函数（MTF）都接近衍射极限。     

高分辨率红外导引头光学系统小型化设计

设计一种高分辨率中波红外成像制导光学系统。采用折射一次成像的结构形式,初始结构为远摄型物镜组。所设计的系统共用3个光学元件,通过引入非球面和二元光学衍射元件,增加光学设计的自由度,全视场达到10,系统总长为49 mm,焦距为70 mm。并且系统在-40℃~60℃温度范围内具有良好的消热差作用,成像质量接近衍射极限,最大弥散斑直径小于15 m。适用于像元数为640512,像元尺寸为15 m,F数为2的红外焦平面探测器。系统具有成像分辨率高、视场大且体积小等优点,可用于小型红外导引头中。     

中波红外变焦距系统的光学设计

由于红外探测系统具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强，能在一定程度上识别伪装目标，且设备体积小、重量轻、功耗低等特点，在军事上被广泛应用于红外导航、红外侦察和红外制导等方面。近年来，随着红外光学技术的长足发展及其实际应用范围的不断扩展，对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。本文介绍了一种采用凝视型焦平面阵列探测器的中波红外变焦光学系统的设计，该系统利用了反射镜的折叠光路，其工作波长范围为3～5μm，变倍比为20∶1。最后用CODE V光学设计软件对其像质进行了评价。     

Aberration athermal design for infrared search and trace optical system

To satisfy environment requirement of infrared search and trace optical system, an infrared diffractive/refractive hybrid optical system in 3.7–4.8 μm with 11.42° of field of view for passive athermalization is presented. The system is consisted of three lenses, including two aspheric surfaces and a diffraction surface, which has only two materials Ge and Si. The optical system has compact structure, small volume and light weight. The image quality of the system approaches the diffraction limit in the temperature range −80 °C to 160 °C. It is compatible with staring focal plane array which has a format of 320 × 240 and the pixel pitch of 30 μm. The system need not move the compensated lens repeatedly to obtain the best images from −80 °C to 160 °C and enhances the performance of target tracking and recognition.     

行星光学远程着陆模拟器光学系统设计

为了实现对行星光学远程着陆过程的光学模拟以及满足行星光学远程着陆系统导航算法的地面测试需求,提出了以商用投影仪显示系统为基础的模拟器光学系统方案,重点阐述了系统的光学设计思想,并给出了设计结果.首先,介绍了模拟器的工作原理和系统组成,在此基础上,由技术要求及所选择的投影仪和CCD参数确定了投影镜头和成像镜头的光学系统指标,最后给出了投影镜头、成像镜头及系统对接的光学结构图,像差曲线、点列图和MTF曲线图.仿真分析结果表明:系统的点列图中的弥散斑对称性都很好,有利于模拟器系统的后续图像处理和判读,同时系统在Nyquist频率(91 lp/mm)处的MTF设计值接近0.6,系统整体成像性能良好.设计结果可作为研制行星光学远程着陆模拟器系统的基础.     

a-SiOx : H thin film light emitting devices for Si-based optoelectronics

Electrical and optoelectronic characterization of p–i–n devices based on a-SiO_x : H thin film alloys is presented. It is shown that near infrared electroluminescence can be obtained for applied fields higher than a typical threshold depending on the p/i and n/i interface structure. Electroluminescence (EL) intensity under AC excitation is independent of frequency up to 20 kHz and exhibits rise and decay times of about 10 μs. Optical properties of a-SiO_x : H materials allow the integration of LED devices and optical waveguides, which can be coupled to planar silicon detectors for obtaining Si-based optoelectronic circuits.     

一种数码相机定焦镜头的光学系统设计

为适应市场上对结构简洁、成像品质高且生产成本低的数码相机镜头的需要,运用光学设计软件CODE V,在传统数码相机定焦镜头的基础上,结合非球面塑料透镜理论,模拟出了生产成本较低的三片式数码相机定焦镜头。该数码相机镜头结构的特点是：模块仅包括3块透镜;选择塑料镜头代替玻璃/塑料混合镜头或者全玻璃镜头,降低了系统的生产成本;系统的后焦距增大到0.8116mm,能够确保良好的远心光路性能;透镜表面完全采用非球面设计,较好地校正了球差等各种像差,使透镜具有良好的光学成像性能。     

投影式头戴静脉显像光学系统的设计

为了辅助静脉穿刺及相关的医疗操作, 设计了一款基于投影式头戴显示器(HMPD)的静脉显像系统, 其光学系统由近红外成像系统和穿透型HMPD构成。利用光学设计软件ZEMAX优化设计近红外成像系统, 使其具有F/2.6的大数值孔径, 有利于弱反射红外光的收集成像。穿透型HMPD采用与近红外成像系统相同的光学结构, 有利于简化系统的加工装调。设计结果表明, 近红外成像系统成像质量优异, 分辨率达到QXGA(2 048×1 536)。穿透型HMPD具有18 mm的大出瞳直径及25 mm的大出瞳距离, 场曲小于0.03 D, 畸变小于0.32%, 达到QXGA分辨率显示模式。与现行的静脉显像系统相比, 本显像系统结构简单紧凑、佩戴舒适, 且具有超高分辨率, 是一款适用于辅助医疗的目视系统。     

光波导滤波器的理论与最优化设计

本文提出一种新颖光波导滤波器结构,分析其设计理论,并进行最优化设计.该设计的计算方法简便,且可推广到多种介质波导构成的滤波器.其精确度优于通常的等效介电常数法(EDC法).     

宽波段、高分辨率折反式航摄物镜设计

为满足在10 000 m左右高空摄影时地面分辨率达到0.2 m的需要,采用长焦距和折反射式光路形式设计一种高分辨率CCD航摄物镜。使用普通玻璃校正由大口径和长焦距带来的二级光谱,且在单个像元尺寸为8 m的36 mm48 mm大面阵、高分辨率CCD作为接收器的条件下,光学系统在60 lp/mm处各视场的传递函数均接近衍射极限,满足成像质量要求,最终实现了在470 nm~950 nm宽波段工作范围内能够进行全天侯观察与测量。     

相对孔径为1∶1镜头的光学系统设计

介绍一种相对孔径为1:1的光谱摄像镜头。利用非球面光学表面将复杂化的Petzval型结构形式改进为3片结构,其主要光学参数f′=120mm，F=1，τ≥90%，系统MTF=0.85时的成像质量所对应的空间频率大于20lp/mm。结合非球面加工工程化研究需要对该镜头的结构进行优化，给出了多种像差曲线及MTF数据，并对未来可进行的进一步改进进行了探讨。