海水盐度和温度实时检测的新型光纤传感器研究

提出了一种新颖的用于海水温度和盐度同时实时探测的光纤传感器系统。分别利用半导体材料吸收光谱的临界极限值随温度变化发生移动而导致出射光强改变的特性和待测液体盐度变化引起传输光折射角改变导致接收端光线偏移的性质，通过反射式的结构设计和线阵排列的接收光纤信号传输至海面以上，并由CCD实现对光强峰值信号及其偏移量的采集。传感器由一直角棱镜、本征GaAs单晶体薄片、装有参考液和待测液的水槽、接收光纤阵列等部分组成。理论分析和仿真结果验证了传感器设计的可行性。     

基于NCEP数据库的星光大气折射修正模型

提高星光大气折射模型精度对于改善天文导航系统的精确性具有重要意义。本文针对目前常用的美国标准大气（USSA）和COSPAR国际参考大气（CIRA）参考模式精度较低的问题,利用高分辨率的美国国家环境预报中心（NCEP）大气参数数据结合傅里叶插值算法建立了大气参数时空变化模型,根据不同高度、不同经纬度的大气折射率,计算了星光在大气中的传播路径,并建立了星光大气折射模型。与现有模型对比分析表明,本文建立的大气温度时空变化模型拟合实测数据时的相对误差小于2%,平均绝对误差小于3.5 K,大气密度拟合的相对误差小于4.39%,1月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为37.64%、9.79%和28.78%,7月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为27.95%、26.89%和39.10%,因此考虑了时空变化的星光大气折射模型理论精度更高。     

内反射法快速准确检测等腰直角棱镜三个内角

以一单角45°±1′,90°±1′的等腰直角棱镜为例,详细介绍了利用内反射法快速准确检测三个内角的方法.利用等腰直角棱镜既可做一次反射,又可做二次反射的基本特性,通过检测两次光学平行差来快速准确地进行三个内角的判断.实践证明该方法很好地解决了等腰直角棱镜在单角检验时精度、速度和准确度的关系,大大提高了检测效率,适用于批量检验时推广使用.     

基于布里渊后向散射的海水温度与盐度同步测量研究

基于布里渊散射信号的检测可实现对海水温度等参量的监测.由于海水的布里渊频移量是关于温度和盐度的二元函数,故无法仅通过布里渊散射频移量的检测实现对海水温度和盐度两个独立变量的精确测定.研究表明布里渊信号的功率也是关于温度和盐度的二元函数,所以文章提出通过测量布里渊频移量和接收布里渊信号功率大小,通过两个二元函数反演出海水的温度与盐度数值,实现对海水温度和盐度两个独立变量的同步测量.     

平板玻璃多次折射、反射的成像问题——园丁工程专题之三

平面镜有正面镀铝的正面镜,也有背面镀银(或铝)的穿衣镜(下称背面镜).平板玻璃也可以当作平面镜使用,这时它的作用与背面镜类似.     

基于布里渊激光雷达的海水温度和盐度反演

作为一种新型的激光探测雷达,布里渊激光雷达可以用于海水参数的监测。针对现有的布里渊激光雷达反演模型存在反演精度和参数范围较小的缺点,将频移和线宽作为自变量,采用最小二乘法对温度与盐度进行了拟合,提出了新的温度与盐度的反演模型。该模型提高了海水温度和盐度的反演精度与范围,并从灵敏度、误差、不确定度三个方面对反演模型进行了分析。结果表明,利用布里渊频移和线宽可以实现海洋温度和盐度的同步监测。在温度反演模型中,布里渊线宽对温度的影响要大于频移对温度的影响,新的模型温度反演范围从15℃≤T≤30℃扩大为10℃≤T≤30℃,最大误差为0.17℃,平均误差为0.07℃,平均相对误差为0.27%,比现有模型的精度提高了63.16%;在盐度反演模型中,布里渊频移对盐度的影响要大于线宽对盐度的影响,该模型的反演范围也从30‰≤S≤35‰扩大为15‰≤S≤35‰,最大误差为0.20‰,平均误差为0.09‰,平均相对误差为0.29%,比现有模型的精度提高了77.50%。研究结果对布里渊激光雷达探测海水温度和盐度具有指导意义。     

基于VB的双棱镜仿真实验

引言 双棱镜实验是大学物理实验教学的难点之一,学生课前预习时很难理解书本上介绍的实验原理、繁琐的调节步骤和实验现象;到实验室预习又会受到实验场地和设备的限制,在规定的时间内要达到实验教学要求存在一定的困难.针对这种状况,我们开发了双棱镜计算机仿真实验系统.     

棱镜-光栅-棱镜光谱成像系统的光学设计

设计了一种基于棱镜-光栅-棱镜(Prism-Grating-Prism,PGP)分光器件的新型成像光谱仪.论述了此成像光谱仪的工作原理和结构形式,包括PGP、准直物镜和成像物镜的设计要求.PGP元件中采用体积相位全息透射光栅,可以获得高的衍射效率,并且能与棱镜较好地胶合.给出了此成像光谱仪的设计结果,其光谱范围为400～800 nm,像元光谱分辨率约1.6 nm,系统长度为85 mm.     

基于声光折射的聚焦超声焦点声压检测

提出了一种基于声光折射对聚焦超声焦点声压进行非侵入式检测的方法。当一束直径小于声波长的平行光束入射穿过聚焦超声的焦点时,通过研究焦点声压与光线偏转的具体关系,建立了光线最大偏转距离与焦点声压变化的关系模型,从而计算出焦点峰值声压。为了对理论模型进行验证,采用凹球面型聚焦换能器进行实验研究。通过与采用光纤水听器测量的结果进行对比,证明理论模型的可行性。结果表明实验得到的光斑图像与理论分析的结果一致,且用该方法测得的焦点峰值声压与光纤水听器测量的结果相比,相对误差小于15%,证明该方法具有可行性,能够定量检测焦点峰值声压。模型的提出也为将声光折射效应用于整个聚焦声场的定量检测提供了实验依据和理论依据。     

折射法检测透明液体浓度的研究

本文介绍一种测量透明液体浓度的方法，其基本原理是依据最小偏向角法，将溶液盛入空心三棱镜，测量光束沿最小偏向角的变化，拟合出液体浓度与角度变化的函数，实现浓度的测定。在该系统中，采用ＣＣＤ为接收器件，在很大范围内保证了不大于３％的测量精度。     

棱镜气室在光纤甲烷检测系统中的应用研究

棱镜气室相较于传统渐变折射率透镜(GRIN)气室在灵敏度调节性及抑制干涉噪声方面优势明显。基于比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律在气体弱吸收时的近似表述,以大气环境为背景,利用背景扣除和谐波检测技术,实现了常压下甲烷不同体积分数水平(0~20%)的检测。依据实测的甲烷在不同体积分数时的直接吸收谱,结合现有分布反馈式激光二极管(DFB-LD)光源选择2ν3带的R5支(1648.212 nm)作为被测吸收峰。气体配置过程中的在线实验表明系统示值与体积分数变化间线性关系良好,而且系统的稳定性和动态响应特性理想。该系统可根据不同现场环境的甲烷体积分数水平,通过步进电机调节气室内有效吸收光程,动态调整系统灵敏度,可作为煤矿巷道或天然气管道沿线的瓦斯监测仪器。     

变倾角移相法测量反射棱镜的光学平行差

为解决棱镜等效展开为玻璃平板后因腔长固定导致的移相困难问题,提出一种变倾角移相测量反射棱镜光学平行差的方法。通过改变光束在反射棱镜入射端面上的倾角在干涉图中引入移相量,实现干涉图中的相位提取。采用最小二乘法拟合相位计算反射棱镜的光学平行差。在实验中,测试了一块弦长为56.5mm的等腰直角棱镜,得到直角偏差Δ_(90°)为-2.1435″、锐角偏差δ_(45°)为-4.6216″、直角边对应棱差γ_C为0.3554″,而Zygo GPI干涉仪仅可得到棱镜直角偏差,与本文方法的测量值偏差在0.15″以内。所提方法移相光路设计简便,并可实现小尺寸反射棱镜的测量。     

海洋赤潮温度盐度双参数检测技术研究

针对海洋赤潮的实时监测和预报,提出了一种通过检测海水中布里渊散射回波信号,获取海洋赤潮水体温度和盐度分布信息的双参数检测技术。通过分析布里渊散射理论,建立基于机载蓝绿激光雷达的布里渊散射信号频移量和布里渊散射信号能量与海水温度和盐度的关系模型。通过仿真计算,可由海水中的蓝绿激光布里渊散射回波信号的频移量和能量,分别得出海表及海水50 m深度以内温度和盐度的分布情况,从而可以实现海水温度和盐度的双参数实时获取,为实时判断海洋赤潮的消长过程提供理论依据。     

五棱镜扫描法检测大口径平行光管光束平行性

基于传统的五棱镜扫描法和图像处理法设计了一台通用检测装置,该装置可以快速准确地检测口径1m以下的平行光管出射光平行性。详细分析了五棱镜姿态对装置测角精度的影响,实测了实验室Φ1m焦距30m的平行光管光束平行性,并根据测量结果进行了焦面调节,最终平行光管离焦量控制在4mm以内,装置测角精度优于1″。     

用矢量方法分析角锥棱镜的反射特性

从现代光学角度出发,利用反射、折射定律的矢量表达式,详细分析了理想角锥棱镜对光的反射特性以及角锥棱镜存在直角误差时对其光路的影响,并用大量公式进行了理论推导和论证.同时指出要在高精度测量过程中提高检测精度,任何一个角度误差都不能忽略.该分析结果对实际工作中应用角锥棱镜作为逆向反射器所造成的误差的修正具有指导意义.     

基于Wollaston棱镜的图像复分快照式成像光谱仪设计

设计一种以Wollaston棱镜为分光元件的图像复分快照式成像光谱系统,主要包括前置望远物镜、准直镜、Wollaston棱镜组、成像镜和补偿滤光片。此类光学系统可以一次曝光获取同一目标景物在不同波长下的二维信息。光束经过Wollaston棱镜组分光,为了使不同波长对应景物不至于重叠,要求分束角度比较大,这样进入成像镜的光线入射角度相对较大,无疑增加了成像镜的设计难度。分析了基于Wollaston棱镜的图像复分快照式成像光谱仪的原理及特点,设计了一套完整的成像光谱系统。全系统结构复杂,光学系统的光阑必须匹配好。为了使得不仅单个镜头成像质量良好,而且镜组之间能够良好的衔接,将前置望远物镜设计为像方远心结构,准直镜设计为物方远心结构。全系统采用多重结构,使得16个谱段在56线对处的MTF值均接近衍射极限,点列图中RMS值基本都在艾里斑以内,系统成像质量良好。     

有机分子系统非线性折射的类型

从分子系统的微观机制出发,采用单重态四能级模型讨论非线性折射随光强的变化情况,分析了非线性折射的各种形式产生的条件,定义了非线性折射的饱和现象、反饱和现象相互转化的阈值光强.发现了非线性折射率随光强发生正负变化的现象.     

五角棱镜光束转向波前误差的分析与检测

从分析五角棱镜的角度制造误差产生的光学平行差入手,建立起五角棱镜的光输出平面波前与运动误差和角度制造误差产生的扫描激光束转向的波前改变量之间的关系.采用渥拉斯顿棱镜型双频激光干涉仪实时测量五角棱镜的运动误差,即可计算出扫描激光束转向的波前误差,以便在大型望远系统波前测量时对此误差加以修正.     

基于棱镜结构的双波长M-Z干涉系统设计

为了便于光程差的调节,利用全反射棱镜结构改进了传统的M-Z干涉系统,并建立了基于双波长干涉原理的M-Z测量系统理论模型。利用Zemax建立了完整的光学系统模型,对整个系统进行仿真分析测试。系统像质评价结果表明:532 nm~632.8 nm波段范围内系统的能量集中度达85%、畸变值小于0.02%、截止频率10 lp/mm时调制传递函数在0.9以上,满足对透射型试样进行测量的成像要求,为高性能干涉系统实用化提供了理论依据和技术支持。