光学系统杂光测量与计算程序间的联系

根据光学衍射成像理论,建立了黑斑法测量光学系统杂光的杂光系数解析式.该解析式包括了被测系统的结构参数和测试条件两部分.并编制了计算程序,将计算值和测量结果进行了比较,两者较为一致.     

光学系统黑斑法杂光系数和PST间的联系

PST(点源传递函数)是杂光分析程序常用的输出结果形式,杂光系数则是杂光实验测量最常用的结果表示方式。本文根据辐射传热理论,建立了杂光分析计算程序的输出结果PST和用黑斑法进行杂光测量所得的杂光系数V之间的联系,并给出了相应的解析表达式。     

表面损伤衍射双向反射分布函数模型建立及分析

建立了包括划痕和坑点在内的表面损伤的衍射双向反射分布函数(BRDF)模型,并分析了模型在各领域中的应用.通过使用非傍轴标量衍射理论,提出了采用相干窗口函数滤波的方法得到非相干光条件下的表面损伤衍射BRDF模型,得到了表面划痕和坑点的散射特性.该方法在表面损伤检测、表面损伤杂光分析以及图像渲染技术等领域都有重要的应用价值...     

DMD衍射效应及其产生的杂散光分析

针对数字微镜器件（digital micromirror device,DMD）衍射效应对系统成像影响严重的问题,对DMD元件产生的杂散光进行研究。基于严格耦合波理论构建了DMD衍射模型,分析不同波段和入射角度对其衍射效率的影响,分析结果表明,在长波红外波段DMD衍射效应较明显,且随着入射角度增大,DMD衍射效应更为显著。分析投影系统中DMD的衍射杂光产生途径,通过改变系统的F数来控制入射角度,计算出DMD衍射效应产生的杂光能量占比,给出不同波长下,不同F数的光学系统杂光随衍射效应的变化曲线,即F数越大,DMD衍射效应对系统杂光影响越小。     

平面光栅杂散光测试仪模型设计及消杂光技术研究

杂散光是平面光栅的重要性能指标,光栅杂散光的测量一直是光栅研制领域的难题。为实现仪器自身杂光低于10-8量级,以满足对平面光栅杂散光10-7量级的精确测量要求,基于标量衍射理论和经典Fresnel-Kirchhoff衍射理论,对光谱仪器中的光栅杂散光进行了理论分析,设计了平行光照射条件下光栅杂散光测试仪的光机模型。利用杂散光分析软件ASAP建立紫外单色光入射下光栅杂散光测试仪的散射模型并对其进行仿真计算,分析仪器杂光的主要来源及散射路径,据此提出了用于降低仪器散射光和光栅多次衍射光的挡光环、叶片、光阑、光学陷阱等四种杂光抑制结构。最后,采用ASAP软件对增加抑制结构前后的仪器杂光相对强度进行了对照分析。仿真及分析结果表明,仪器杂光在测试波长±100 nm范围内的最大值由采用杂光抑制结构前的10-6量级以上降低至10-8量级以下,已满足光栅杂散光测试仪的设计需求,即可实现刻线密度为300～3 600 gr·mm-1的光栅杂散光10-7量级精确测量。该研究方法及结果将为平面光栅杂散光测试仪研制提供理论依据。     

内掩式透射日冕仪中Lyot光阑参数分析

日冕仪是在像面人工制造日全食影像的日冕观测仪器,其具备的杂光遮拦结构可使得日冕仪像面具有黑暗的背景。其中Lyot光阑可遮拦日冕仪入射口径边缘衍射光所形成的衍射环。其结构参数根据衍射光波长的不同而有区别。为完全遮拦衍射环并保证到达像面的日冕辐射能量,需确定Lyot光阑合理参数,结合内掩式透射日冕仪,建模分析衍射环的成因,确定Lyot光阑的设计方法及对应参数,通过实验确认衍射环的实际尺寸和Lyot光阑设计参数的正确匹配关系,且其具有较好的杂光遮拦效果,进而提高了日冕仪设计中杂散光的抑制能力。     

中阶梯光栅衍射效率及杂散光检测系统设计

中阶梯光栅具有刻线密度低、闪耀角度大、衍射级次高、光谱范围宽、色散率大、光谱分辨率高等一系列突出优点,近年来由于其优良的性能而倍受青睐。作为评价中阶梯光栅质量的衍射效率和杂散光系数直接体现了中阶梯光栅的光学性能,能够准确地进行中阶梯光栅衍射效率和杂散光系数的测量是光栅应用的前提。鉴于此,基于中阶梯光栅的衍射理论创造性地提出用一套系统对中阶梯光栅的衍射效率和杂散光系数进行检测,该系统引入双轨结构,具有结构简单新颖、一机多能等优点。通过理论分析和计算,确定了检测系统的结构参数,设计结果表明： 该检测系统可用于测量190～1 100 nm光谱范围内的中阶梯光栅绝对衍射效率,同时也可用于测量200～800 nm光谱范围内的中阶梯光栅杂散光系数,实现了将衍射效率测量和杂散光测量集于一体的设计思想。     

测试条件对杂光系数测试结果的影响

针对同一光学产品的杂光系数由于测试条件的不同,测试结果往往差别很大,无法进行准确比较的问题,对几种光学镜头在不同的测试条件下反复进行了杂光系数测试实验。通过理论分析和实验测试给出了不同黑体目标尺寸和接收光阑孔径以及是否加装准直镜对杂光系数测量结果的影响。结果表明,对同一光学产品,选取的黑体目标尺寸越大,测试结果杂光越小;选取的光电接收器件接收光阑孔径越大,测试结果杂光越大。另外,准直物镜的使用会引入新的杂光,令杂光测试结果增大,但增大的量值可视为定值,进而从测试结果中减除。     

光栅光调制器投影系统信息处理优化设计

光学信息处理是投影系统设计的关键环节,利用部分相干光理论分析了具有一定光斑尺寸的激光照明下滤波面上的光学特性并进行了数值仿真。结果表明,滤波面上的衍射光强分布是调制器透过率函数傅里叶变换模的平方与激光光斑尺寸在滤波面上几何投影间的卷积;滤波面上各衍射级次出现了展宽,并产生了混叠;各级次混叠的程度随滤波面与调制器间距的增大而减弱。搭建了相关实验系统观察到了滤波面上的衍射图样,实验结果和理论分析一致。最后提出了在光栅光调制器与滤波面间设置一个会聚透镜来减小系统光学尺寸,提高系统信息处理效果的方法,并通过实验得到了最优方案,为研究光栅光调制器的微型化投影系统提供了理论基础与实验指导。     

变波长读出条件下光折变局域体全息光栅的衍射性质

利用二维耦合波理论,研究了用短波长记录全息光栅而用通讯波段内的长波长读出时,用于90°结构垂直读出平板型的光折变局域体全息光栅的衍射性质.讨论了局域体全息光栅的几何尺寸对其衍射效率及光栅布喇格选择性的影响.结果表明,随着光栅的纵向和横向尺寸的增加,光栅的衍射效率也逐渐增加.当光栅的纵向和横向尺寸发生改变但光栅的总面积不变时,光栅衍射效率保持不变.此外,随着光栅尺寸的增加光栅的布喇格选择性越好.在利用短波长记录全息光栅而用长波长读出的光学器件设计过程中,为了获得最佳的衍射效率及其布喇格选择特性,应当根据要求合理地设计光栅的几何尺寸.     

激光多普勒测速仪中散射光特性的研究

后向散射光特性与多普勒信号的质量密切相关。为了设计高性能的激光多普勒测速仪,运用散斑理论详细分析了激光多普勒信号的强度与散射光斑大小的关系,结合泛函理论给出了计算多普勒电流的散斑表达式,并通过实验的方法研究了回波信号的偏振特性及其强度分布。理论分析与实验结果表明,激光多普勒信号的强度与接收器件光敏面的直径成正比,与光斑的直径成反比;选用光斑较小的圆偏振激光束,并用光敏面尺寸较小的探测器在镜面反射方向上接收信号光,可以大大提高多普勒信号的信噪比,增强系统的探测能力,为提高系统的测量精度创造有利的条件。     

Scanning compensation in imaging lidar using a double-sided reflector

In this paper, we present a bistatic scanning imaging lidar optical system. A double-sided scanning mirror is used in this system, which can compensate image spot migration. Geometrical optical analysis is conducted for the scanning light path and an optimal detector position is given. The optical simulation is also implemented using soft-ware Zemax to verify the compensation effect of double-sided reflector. An experiment is carried out with a CW-HeNe laser to observe image spot migration in different positions. The experimental results are in agreement with simulation results. In addition, imaging experiment is performed using 905 nm pulsed laser in the laboratory. The scanning image for black and white stripes target is obtained by single-element detector. Theoretical and experimental results confirm that the use of a double-sided flat reflector can effectively compensate image spot migration.     

The Design of the Black Patch

Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂｌａｃｋ　ＰａｔｃｈＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＢｌａｃｋＰａｔｃｈ￥ＧＡＯＷａｎｒｏｎｇ；ＺＨＡＮＧＸｉｎｇｚｈｅｎ；ＰＡＮＬａｉｊｉｕ；ＷＡＮＧＪｉａｎｇａｎｇ（ＳｐａｃｅＯｐｔｉｃｓＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｘ...     

Numerical study of glare spot phase Doppler anemometry

The phase Doppler anemometry has (PDA) been developed to measure simultaneously the velocity and the size of droplets. When the concentration of particles is high, tightly focused beams must be used, as in the dual burst PDA. The latter permits an access to the refractive index of the particle, but the effect of wave front curvature of the incident beams becomes evident. In this paper, we introduce a glare spot phase Doppler anemometry which uses two large beams. The images of the particle formed by the reflected and refracted light, known as glare spots, are separated in space. When a particle passes through the probe volume, the two parts in a signal obtained by a detector in forward direction are then separated in time. If two detectors are used the phase differences and the intensity ratios between two signals, the distance between the reflected and refracted spots can be obtained. These measured values provide information about the particle diameter and its refractive index, as well as its two velocity components. This paper is devoted to the numerical study of such a configuration with two theoretical models: geometrical optics and rigorous electromagnetism solution.     

Halo-based black point detection method of microchannel plate北大核心CSCD

根据微通道板黑点检测原理与黑点光晕特征设计了一种检测方法,该方法利用圆提取技术实现荧光屏图像的半径和圆心提取,通过高斯拉普拉斯算子实现目标黑点粗检测。基于黑点在不同电压下外围呈现光晕的特征,利用对比度受限的直方图均衡化并结合阈值分割的光晕检测法实现黑点光晕的提取。测试结果表明,该方法可以将荧光屏划痕、灰尘与微通道板黑点有效区分,从而实现黑点的自动提取。     

12MeV LIA X射线斑点测试及其调制传递函数

 介绍了测试12MeV LIA X光斑点的测试系统,利用刀口法和大孔成像法测出所成像的黑密度分布, 获得X光斑点大小结果; 根据该光源的近乎轴对称特点和大孔所成像的密度分布,经数值处理拟合出斑点强度的空间分布;利用该系统,获得了判断12MeV LIA X光成像空间分辨能力的调制传递函数。     

基于菲涅尔偏振反射理论的消眩光分析与实验验证

以菲涅尔偏振反射理论为依据,将入射光进行电矢量分解,推导出影响眩光强度的偏振因子,并分析该因子在眩光消除中所起的主导作用.根据成像检测模型,推导出决定眩光位置和眩光区域大小的位移因子,并分析该因子在眩光消除中起的辅助作用.测量工业上某种工件在相同环境中不同条件下的图像,将所得图像数据进行抽样对比,得到在不同偏振和不同位置情况下的图像灰度变化曲线.分析灰度变化曲线与偏振及位置的关系,并对所提出的理论加以验证.结果表明眩光消除的本质是降低眩光区域与邻域区域之间的光强对比度,对位移因子和偏振因子的联合调动可实现对眩光几乎完全的消除.     

Using Laser-Induced Fluorescence in the Study of Surface Wave Turbulence

The turbulent motion of capillary surface waves is studied using laser-induced fluorescence. A blue laser is focused onto the surface of a solution of fluorescein in water contained in a vertically shaken vessel. The movement of the resulting green spot is followed by a position-sensitive detector. The scaling behavior and cross-over phenomenon for the surface-height-frequency spectrum observed provide direct support to the weak turbulence theory of surface waves.     

小F数衍射微透镜阵列光学性能研究

本文基于小光点扫描,在国内首次提出了一种测试小F数衍射微透镜阵列光学性能的方法.利用光通信用半导体激光器和探测器建立了一套测试系统,并对所研制的大阵列,小单元尺寸的多相位菲涅耳衍射微透镜阵列的衍射效率和点扩散函数进行了测试.结果表明,衍射微透镜实际衍射光斑比理论衍射受限光斑扩展不大,8相位和16相位石英微透镜的衍射效率分别高达80.2%和87.5%,说明本实验室对多相位的设计理论和制作工艺已基本掌握,满足应用的要求.     

Investigation of positioning algorithm and method for increasing the linear measurement range for four-quadrant detector

The paper studied the relationship between the light spot position and the output voltage in the case of laser spot which is in the four-quadrant (4Q) detector whose shape is circle or elliptic, energy distribution uniform or Gaussian. The study is based on add–subtract algorithm, diagonal algorithm and difference over sum (Δ/∑) algorithm. By using methods of polynomial fitting it can get a simple polynomial expression to enhance measuring speed and the simulation error is given. A method of using Binary Optics Elements (BOE) to shape the laser beam in the 4Q detector to square light spot with uniform intensity distribution is proposed to expand linear measurement range. The simulation result is verified for a circular spot with Gaussian energy distribution.