运动式太阳模拟器LED阵列光源及其准直光学系统设计

运动式太阳模拟器是编码式太阳敏感器在装星阶段用于现场测试的一种重要设备,为敏感器测试提供模拟的太阳光信号和太阳光矢量信号。论述了运动式太阳模拟器的结构组成与工作原理,着重对其LED阵列光源和准直光学系统进行研究与设计。通过功率计算确定了LED数量,依据Sparrow判据分析了LED间距对辐照均匀性的影响,确定了阵列间距。基于边缘光线原理,建立了圆柱面镜的数学模型,设计了准直光学系统,借助LightTools软件进行仿真。实验结果表明:设计的运动式太阳模拟器在工作距离为50 mm处的辐照范围为10 mm×50 mm,最低辐照度为393 W·m~(-2),在-13°、0°、38°三种光线入射角下的辐照不均匀度均优于±7.3%,出射张角为0.78°,满足编码式太阳敏感器装星后现场测试的要求。     

光诱导平面波导阵列中离散空间光孤子的相干相互作用

采用Petviashvili迭代法对光诱导平面波导阵列中的一维离散空间光孤子进行求解,利用分步束传播法对离散空间光孤子间的相干相互作用进行了详细的数值模拟.探讨了离散孤子间的相位差、孤子光强、波导阵列写入光的强度和周期以及外加电场对相互作用过程的影响.结果表明：离散孤子间的相位差对相互作用的影响与连续介质中的情况类似,不同相位差情况下的相互作用也表现为吸引、排斥以及能量转移等现象.同时,离散孤子间的相干相互作用过程(如融合距离和排斥间距等)均会受到孤子光强、波导阵列写入光的强度和周期以及外加电场大小的影响 关键词： 光诱导平面波导阵列 离散空间光孤子 相干相互作用     

用空间光调制器产生三维光阱阵列

本文提出了用液晶空间光调制器制作复合相位光栅、产生三维光阱阵列的新方案．在本方案中,首先将一维矩形光栅转变为能够产生纵向光阱阵列的环形光栅,再把环形光栅和二维矩形光栅组合成复合光栅．根据现有空间光调制器的技术参数,模拟仿真设计了产生5×5×5光阱阵列的光栅,以普通功率的高斯光波为输入光,正透镜聚焦衍射光,计算输出光强分布,结果表明：在透镜焦点附近获得具有很高峰值光强和光强梯度的三维光阱阵列,囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级,对原子的作用力远大于原子的重力．用大功率激光作为输入光波时,产生的光阱阵列也能用于囚禁Stark减速后的冷分子．     

二次成形式Coude光学系统的设计、检测与装调

介绍了一台口径为1.23m光电望远镜的Coude光学系统,通过比较国内外地基大口径望远镜Coude光学系统的形式,结合实际情况,设计了以离轴非球面反射镜作为二次成像元件的Coude光学系统,并给出了相应的检测和装调的方法.经实际检测和装调对准后,对Coude光学系统的设计、检测和装调对准过程中的误差进行了分析和比较,证明了检测与装调方法的可靠性和先进性.该Coude光学系统的焦距为125m,视场为1.5′,波段为0.4~5μm,系统波像差优于λ/50(λ=0.632 8μm),实验室内检测波像差为λ/20.装调对准完成后对恒星观测,用Shack-Hartmann波前探测器测量其波前误差,得到整个望远镜Coude光学系统的波像差优于λ/4.     

用液晶空间光调制器产生光阱阵列

液晶空间光调制器能够方便地用于制作各种衍射型光学元件, 但液晶空间光调制器存在分辨率有限的缺点, 本文提出了用液晶空间光调制器制作相位型光栅, 产生一维和二维光阱阵列的新方案, 用迭代傅里叶级数算法优化设计光栅的相位分布, 在不改变空间光调制器硬件参数设置的情况下, 充分利用和发掘了空间光调制器的优点, 同时又能较好地回避其所存在的缺陷. 根据现有的空间光调制器的技术参数, 模拟仿真设计光栅, 计算光强分布, 结果表明: 用大失谐、小功率激光照明, 能够产生具有很高峰值光强和光强梯度的光阱阵列, 囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级, 对原子的作用力远大于原子的重力.     

基于像散分解的望远镜主次镜对准方法

主次镜的对准误差是影响望远镜成像质量的主要因素。为了提高望远镜主次镜的对准精度,提出了一种基于像散分解的对准误差计算方法。该方法利用出瞳波前误差的泽尼克多项式的像散项计算出两种对准误差单独作用时的像散项的大小。以口径为1200mm的同轴反射式(RC)望远镜为对象,仿真分析了像散分解算法的特性。当主次镜光轴不共面时,像散分解算法的计算误差随着主次镜光轴间的距离增大而增大。进而给出了基于像散分解的对准误差求解方法,并进行了仿真对准。仿真结果显示,当主次镜光轴的空间距离小于0.5mm和夹角误差小于0.1°时,基于像散分解的对准算法可以迅速将对准误差降到5μm和0.5″以内。仿真分析验证了基于像散分解的对准算法的可行性。     

基于LED阵列的彩色视觉检测光源色度特性研究

彩色视觉成像是基于色度学理论的三刺激值法, 而光源的色度学特性是彩色成像的关键因素, 因此本文以色度学理论为基础, 计算并分析了用于彩色视觉检测的LED阵列光源的色度学特性, 并通过于标准D65光源进行对比, 研究了LED阵列光源的相关色温调节原理、范围, 以及白场平衡时的色度坐标、相关色温等. LED阵列光源具有相当宽泛的相关色温调节范围, 可调制出的颜色丰富, 色彩的表现能力更强, 色彩饱和度更高, 白场平衡R:G:B=254:237:90时的色度坐标、相关色温甚至比人工D65光源更加接近于白场的标准色度, 其颜色复现能力达到视觉允许的较优颜色复现效果. 因此LED阵列光源的色度学特性更加适用于彩色视觉检测.     

基于光楔阵列产生光学涡旋阵列的研究

在研究光楔衍射法产生单涡旋的基础上,基于长条形光楔阵列,提出了利用光束阵列衍射产生涡旋阵列的方法.该方法要求光束阵列在平行于光楔边缘方向上的光束间距等于光束直径的整数倍.利用超精密机床采用一体化加工法加工了光楔阵列元件,验证了该方法的可行性.利用空间光调制器快速灵活调整光束阵列的优点,搭建了借助空间光调制器加载达曼光栅衍射产生所需光束阵列的实验光学系统.针对光束阵列与光楔阵列的匹配问题,研究了达曼光栅掩模图基本单元对光束阵列的调控,获得了可调结构的光束阵列.实验产生了拓扑荷一致的光学涡旋阵列,与仿真结果相一致,证明所提方法的有效性.     

基于480×6阵列探测器的红外连续变焦光学系统设计

设计了一种采用长波480×6阵列探测器的红外连续变焦光学系统.该系统利用机械补偿法变倍原理和非球面、衍射面进行像差平衡,工作波长范围为长波7.7~10.3μm,F数为2.62,变倍比达到15∶1.通过对连续变焦光学系统的传递函数、畸变、衍射元件、变焦曲线等性能的综合分析与评价,结果表明在变焦范围内下各个视场均可获得较好的光学性能,光学系统光路总长480mm、后截距为28mm、传递函数大于0.3、畸变小于5%.     

光诱导光子晶格结构中新型的离散空间光孤子

离散孤子标志着从线性到非线性，从连续到非连续，从相干到非相干，人们对孤子认识的一个飞越．文章简要回顾了近期在二维光致光子晶格结构中有关空间离散光孤子的研究，包括基模离散孤子、类矢量离散孤子、离散偶极孤子、离散涡旋孤子和离散孤子串等．在非线性光折变晶体里用部分相干光诱导的波导阵列中，对每一种离散孤子，都清楚地观测到光从二维的离散衍射状态到自囚禁形成离散孤子的转变过程，获得的结果将对其他离散非线性系统中类似现象的研究有所启发．     

Measuring Light Field of Light Source with High Directional Resolution Using Mirrored Ball and Pinhole Camera

This paper presents a method of measuring a light field of a light source with high directional resolution using a mirrored ball and a pinhole camera. The light field describes a spatial and directional distribution of radiances from the light source. The directional distribution is expanded by a reflection on the mirrored ball, and the radiances are measured by a charge-coupled device (CCD) camera with a pinhole lens. The light source is laterally moved by a robot arm to measure the directionally expanded light field, and each pixel on a CCD can obtain the radiances from the light source through the pinhole lens with high directional resolution. The light field is estimated from the pixel value and the position of each pixel using a ray tracing technique. The light field of a krypton lamp was experimentally measured by the proposed method, and the accuracy of the measurement was evaluated against the irradiances measured by a spectro-radiometer at sample points.     

数字锁相检测在合肥光源逐圈测量系统的应用

从其原理出发,分析了数字锁相检测在逐圈束流位置测量系统中用于束流振荡阻尼率（增长率）计算的可行性,并在Matlab中对其进行了仿真计算。将该方法应用到合肥光源逐圈测量系统中,进行了Beta振荡的增长和阻尼时间的计算,结果显示振荡增长时间约为0.26 ms,阻尼时间为1.2 ms（反馈系统调试时）。仿真和实验结果都表明,数字锁相检测可以有效用于逐圈测量系统中阻尼率的计算。     

Study on the Alignment and the Calibration of a Laser Structured Light Sensor

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｅｎｓｉｎｇｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓｓｕｃｈａｓａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｂｏｄｙ ｉｎ ｗｈｉｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ,ｒｏｂｏｔｖｉｓｉｏｎ ,ｉｎｖｅｒｓｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ｃｕｒｖｅａｎｄｃｏｎｔｏｕｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ,ＣＡＤ ＣＡＭａｎｄｍｅｄｉｃａｌｄｉａｇｎｏｓｉｓ .Ｏｐｔｉｃａｌｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｅｎｓｉｎｇｉｓｒｅｇａｒｄｅｄａｓｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｍｉｓｉｎｇｗａｙｉｎ…     

红外热辐射光源配光特性的快速测量及仿真

红外热辐射光源在光声光谱检测等领域具有重要的应用价值,明确其配光特性是后续光学系统设计的基础.根据水冷散热下红外热辐射光源辐射通量的变化规律,提出快速获取高功率红外热辐射光源配光特性的方法并对其进行相关验证.实验结果表明,光源辐射通量的最大值在80°的角度处,两侧的辐射通量缓慢减小,能量分散在0°～130°的角度范围内...     

数字锁相检测在合肥光源逐圈测量系统的应用

从其原理出发,分析了数字锁相检测在逐圈束流位置测量系统中用于束流振荡阻尼率(增长率)计算的可行性,并在Matlab中对其进行了仿真计算。将该方法应用到合肥光源逐圈测量系统中,进行了Beta振荡的增长和阻尼时间的计算,结果显示振荡增长时间约为0.26ms,阻尼时间为1.2ms(反馈系统调试时)。仿真和实验结果都表明,数字锁相检测可以有效用于逐圈测量系统中阻尼率的计算。     

光源会聚角对生物组织光传输问题的影响

基于漫射理论, 建立了可处理任意空间光源照射下生物组织内光传输问题的计算模型, 并编制了相应的计算程序. 在此基础上, 通过大量的数值计算讨论了光源会聚角对组织内光场空间强度分布和组织漫反射场的影响. 结果表明：随着光源会聚角的增大, 组织内光场分布和组织漫反射的分布趋于集中, 当大于一特定角度之后, 光场强度的分布区域迅速扩大, 强度迅速下降, 同时强度出现极大值的位置开始偏离中心位置.     

Compulsorily Phase Locked Interferometer Using Orthogonally Polarized Light Source of a Modulated LD with High Extinction Ratio

This paper describes a compulsorily phase locked differential interferometer using an orthogonally polarized light source of a modulated LD with high extinction ratio to reduce non-linearity of the interferometer caused by polarization cross-talk. The current modulated LD is used as a light source to make the interferometer compact and for the scanning phase of the interferometer. The interferometer is operated compulsorily at the maximum inclination point of the fringe intensity curve by fringe scanning and an electric system. A Wollaston prism of high extinction ratio (50 dB) is used to combine the polarizing beams and to make the polarization cross-talk very small. In one light source the polarized output beams are on the same propagation axis; in the other they have a small crossing angle (2.5 mrad ∼ 10 mrad) to completely exclude non-linearity of the interferometer causded by polarization cross-talk. Using jets of a gas mixture of nitrogen and ethylene, this interferometer was demonstrated to be useful in detecting the photothermal effect of a photothermal velocimeter under phase fluctuation in a turbulent flow.     

登陆艇光学对中方法及LED引导光源设计

设计了基于引导光源颜色/相对位置的登陆艇光学对中方法,登陆艇驾驶员通过不同颜色引导光源间的相对位置判断其是否偏航以及偏航的程度,从而提高登陆艇快速入舱的精度和安全.引导光源以横纵向90°视场角的光束对最远200m海面进行均匀照明,采用CREE XPE型号的LED,通过改进的网格映射法设计自由曲面透镜以获得要求的矩形照明光场,仿真与实验结果表明,所设计的LED引导光源可以满足登陆艇光学对中系统的照明要求.     

光斑缺碎情形下光学天线光轴对准实验研究

针对同时存在方位偏移及俯仰误差的情况,提出了一种适用于捕获、对准与跟踪系统的光斑检测方法.分析了破碎光斑与高斯完整光斑的位置误差;解决了当光束存在漂移、入射光束与天线视轴不平行同时存在而四象限探测器无法分别探测的问题.最后实验验证了本文方法的有效性,提高了检测的准确度.     

Refurbishment of a used in‐vacuum undulator from the National Synchrotron Light Source for the National Synchrotron Light Source‐II ring

The National Synchrotron Light Source (NSLS) ceased operation in September 2014 and was succeeded by NSLS‐II. There were four in‐vacuum undulators (IVUs) in operation at NSLS. The most recently constructed IVU for NSLS was the mini‐gap undulator (MGU‐X25, to be renamed IVU18 for NSLS‐II), which was constructed in 2006. This device was selected to be reused for the New York Structural Biology Consortium Microdiffraction beamline at NSLS‐II. At the time of construction, IVU18 was a state‐of‐the‐art undulator designed to be operated as a cryogenic permanent‐magnet undulator. Due to the more stringent field quality and impedance requirements of the NSLS‐II ring, the transition region was redesigned. The control system was also updated to NSLS‐II specifications. This paper reports the details of the IVU18 refurbishment activities including additional magnetic measurement and tuning.