光学元件列阵综合成像的附加像差

在提出光学元件列阵综合成像原理和演示了几种新的列阵型准相位共轭器的基础上;本文导出了综合成像附加像差的一般表达式,综合像差为零的αβνδ条件,讨论了衍射的影响,并作了实验验证.     

折射型微透镜列阵的光刻热熔法研究

研究了制作折射型微透镜列阵的一种新方法光刻胶热熔成形法，获得了２０×２０的折射型微透镜列阵，单元微透镜相对口径为Ｆ／２，单元透镜直径为９０μｍ，中心间隔１００μｍ，透镜的波像差小于１．３波长。本文详细阐述了光刻热熔法的基本原理及微透镜设计方法，并讨论了工艺参数对微透镜列阵质量的影响。     

有球差多色高斯光束衍射引起的光谱开关

从空间频率域交叉谱密度函数的传输公式出发，推导出有球差多色高斯光束被硬边光阑衍射 后轴上光谱的解析公式，无像差的结果作为本公式的特例.对所得公式作了详细的数值计算 和物理分析.结果表明，球差高斯光束被硬边光阑衍射后近场的光谱与无像差时比较 有蓝移、红移，也会出现光谱开关.着重分析了球差对光谱开关的影响. 关键词： 现代光学 光阑衍射 光谱开关 球差 多色高斯光束     

基于固定校正镜的折衍共形光学系统设计

设计了一个大扫描视场的折衍混合红外共形光学系统,共形成像系统工作波段为3.7～4.8 m,相对孔径为1/2,焦距为120 mm,扫描视场为40。由于共形光学系统具有大偏心、大倾斜光学特性,像差校正难度较大,设计中采用固定校正镜和折衍混合混合结构校正了共形光学元件的像差,引入了非球面和衍射面有效消除了各个扫描视场的像差。设计结果表明:光学系统光阑与探测器冷光阑重合,满足100%冷光阑效率。在40扫描视场范围内,共形光学系统的光学传递函数曲线接近衍射极限,成像良好。     

二元位相校正技术在相控列阵光学系统中的应用

提出一种使用二元光学器件实现位相校正的新方法。在子孔径拼接的相控列阵光学系统中，采用二元光学器件二元位相校正板对子孔径拼接后产生的残留波像差进行校正，既达到位相校正技术要求，又大大简化系统结构并减小了系统的尺寸和重量。所制作的二元器件具有８个台阶，套刻精度达到２μｍ，并使残留波像差降为原来的一半。     

一种带有无光焦度校正板的牛顿光学系统的设计

无光焦度校正板自身无色差和像面弯曲,并具有弯曲PW和光焦度φ₁₁及φ₁₂等变数,为光学系统的像差校正提供了很大的方便。以系统通光孔径Φ=300mm,相对孔径A＝1/2,光阑位置l_p2/f=-0.75,主镜为球面反射镜为例,设计了一种带有无光焦度校正板且光阑在主反射镜前的牛顿光学系统。通过对光学系统进行光线计算、像差分析和优化,得到校正板透镜最佳光焦度φ₁₁＝5,优化后的轴上点波前像差W＝0.0001λ。     

二无位相校正技术在相控列阵光学系统中的应用

提出一种使用二元光学器件实现位相校正的新方法。在子孔径拼装的相控列阵光学系统中，采用二元光学器件－二元位相校正板对子孔径拼接后产生的残留波像差进行校正，既达到位相校正技术要求，又大大简化系统结构并减小了系统的尺寸和重量。所制作的二元器件具有８个台阶，套刻精度达到２μｍ，并使残留波像差降为原来的一半。     

大尺度光学列阵的成像特性

本文由光线光学理论出发,分析了无单元像差的光学元件大尺度列阵的成像特性,得到了较傍轴近似更普适的成像特性变换矩阵,其结果包含了列阵的傍轴近似成像理论.并进一步证明了大尺度平面列阵的成像特性只具有近似的准相位共轭特性,且只有在傍轴近似下才是较完善的准相位共轭成像.该结论与以往理论相比更接近实际,且能更好地解释迄今为止所观察到的实验结果及本文的实验结果.     

靶镜光学质量检测技术的研究

提出了一种利用扫描型哈特曼检测装置检验靶镜光学质量的技术.该装置对传统哈特曼检验装置的光阑进行了改进,通过扫描型哈特曼光阑的旋转扫描,可对被检靶镜全口径范围内连续采样.利用该扫描型哈特曼检测装置对一块口径为270 mm的非球面靶镜的能量集中度和波像差进行了检验,其结果与激光数字波面干涉仪的测量结果相吻合,其中能量集中度的相对测量误差为7.7%,波像差的相对测量误差为10.2%,验证了该检测技术的有效性.     

基于眼模型的便携式眼底荧光相机设计

设计了一款基于Gullstrand-Le Grand眼模型的便携式眼底荧光相机.该相机选用Nikon公司的B-2A滤光组合作为滤光系统,综合考虑了人眼光学结构和外部系统的像差进行综合设计,实现了全视场200万像素的高清晰成像.采用环形光阑和共轴式照明相结合的照明方式,获得了眼底均匀照明.结果显示:本相机具有较大的调节能力,对-10D～+8D人眼普遍适用,其视场角为30°,像面成像分辨率为120lp/mm,负畸变值小于5.3%.     

部分阵元参考法校正超声成像相位畸变的仿真研究

本文应用互相关技术在阵元接收射频信号噪比不同情况下，对部分阵元参考法校正超声成像位畸变进行了仿真实验。     

象质评价中光学参数的最佳匹配

文中导出了确定成象质量的两个参数一光学孔径与波象差之间相互关系的一些关系式。从理论和实践两方面找出了两者之间的最佳匹配区。文章得出的结果与传统的象质评价标准有显着的差别。     

二元光学元件及其应用

叙述一种新型衍射光学元件──—二元光学元件的设计原理及其制造方法。分析二元光学元件的衍射效率和色差，讨论光刻法对其最小特征线宽的限制因素，阐明二无光学元件的特点及应用。     

Aberration theory of plane‐symmetric grating systems

Aberration theory of plane‐symmetric optical systems of mirror and grating has been developed based on the wavefront aberration method. A toroidal reference wavefront surface is used to define the wavefront aberration. Based on the ray geometry, the coordinate mapping relationships of the ray between the optical element and the incident and aberrated wavefronts are derived using a polynomial‐fit method; this enables the resultant coefficients of the wavefront and the transverse aberration to be kept to the fourth‐order accuracy of the aperture‐ray coordinates. By setting up the transfer equations of the field and aperture rays, the contribution to wavefront aberrations from each mirror and grating can be added to make the aberration calculation of multi‐element systems feasible. The theory is validated by the analytic formulae of the spot diagram.     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40μm2、球面半径60μm、单元间距1μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90%以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40 μm²、球面半径60 μm、单元间距1 μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90% 以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

Techniques for phase correction in coherent ultrasound imaging systems

The problem of phase aberrations modeled as a near field thin phase screen is considered. Here three new techniques for phase aberration correction are presented. In the "central element" correction technique the echo-signal at each array element is aligned with the signal at the central array element. In the "variable speckle look-back" correction technique the signal at each array element is aligned with the sum of signals from all previously corrected elements. In the "variable central speckle look-back" correction technique the signal at each array element is aligned with the sum of signals from the central group of all previously corrected elements. The performance of new techniques for phase aberration correction is tested by means of simulating the point-spread function for both point and speckle targets. The results of simulation show that the new techniques have the better accuracy of phase correction than the classical "neighbor element" technique.     

Spatial coherence analysis applied to aberration correction using a two-dimensional array system

Complex degree of coherence functions are computed using synthetic and measured ultrasound data to demonstrate noteworthy aspects of coherence analysis in the context of aberration correction. Coherence functions calculated from synthetic data illustrate the importance of proper normalization of the constituent cross-correlation integrals when weak elements and receiver directivity are significant factors. The synthetic data also show that a spike can occur at the zero-lag position of the coherence function when the signal-to-noise ratio is reduced by element directivity near the edges of a large aperture. The latter observation is confirmed by experimental data acquired through tissue-mimicking distributed aberration phantoms using a low f-number two-dimensional array system. The coherence of data acquired at neighboring elements is not changed by time-shift compensation of transmit and receive focusing, but time-shift compensation does improve the coherence of echoes measured over larger separations. The resulting increase in coherence widths evaluated at levels between 0.2 and 0.5 is correlated with narrower -10 dB and -20 dB effective widths in focuses visualized using single-transmit images. Iterative focus compensation methods may benefit from aberration estimation algorithms that take advantage of these longer-range correlations in random-scattering waveforms.     

共光孔技术

叙述实现共光孔技术的原理，方案和具体实验装置，给出实验结果，重点分析其中的光学元件设计、加工的特殊以及系统的调整和激光接收电路中的抗大能量阻塞技术。     

浅海非均匀水平阵宽带声场信号无源孔径扩展

大孔径水平阵对于浅海低频水声物理实验研究和应用至关重要,然而受实际情况制约,通常使用的水平基阵孔径十分有限,通过孔径扩展处理来扩展基阵孔径是一条重要途径。传统的无源孔径扩展方法是建立在均匀线阵、匀速相对运动和相干窄带连续信号的基础上的,难以适用于非均匀阵以及非连续宽带声源的情况。针对这些问题,提出了非均匀阵宽带声场信号的无源孔径扩展方法。使用静止布设在海底的非均匀水平短阵接收运动声源重复发射的宽带声信号,先开展均匀空间插值,然后在阵元域和波束域进行宽带扩展孔径处理。仿真和实验结果表明,在水深约70 m的浅海波导环境中,纵向间隔27.5 m的2个阵元接收20~200 Hz宽带声场,其空间插值结果与真值的相关系数大于0.99,说明宽带声场插值方法的合理性。在水平非均匀、纵向孔径250 m的短阵接收声场无法分析简正波频散特征的情况下,仿真和实验数据经过宽带无源孔径扩展处理得到孔径大于1 km的均匀线阵的声场,能高分辨区分各阶简正波,证明所提方法是有效的。