复合式无遮拦激光扩束器的设计

为满足大功率激光发射的要求,提出研制一种基于卡塞格林系统的大口径激光发射的复合式无遮拦激光扩束器,消除卡塞格林系统中心遮拦,提高激光发射效率。依据卡塞格林系统原理及其结构特征,结合伽利略折射式扩束器的特点,设计一种发射口径为550 mm的复合式无遮拦激光扩束器,采用反射式扩束器和折射式扩束器结合的方式,在卡塞格林次镜中心开通孔,使中心被遮拦激光透过。后接伽利略式折射扩束器,对中心透过光束进行扩束,两光束共轴发射。对设计的新型复合扩束器进行激光透过率实验,实验结果表明,对于波长10.6μm激光,透过率大于95.21%,比传统卡塞格林扩束器提高22.12%。     

合肥光源新的束团截面及发射度测量系统的研制

介绍了合肥光源储存环紫外光束团截面及束流发射度测量系统. 本系统采用光学探测, 由光学成像和图像采集处理两大部分组成. 光学成像部分利用光学成像将中心波长366.1nm紫外光1:1成像于CCD探测器上. 图像采集处理部分将CCD探测器采集的视频信号由电缆输出到图像采集卡进行图像采集, 然后由LabVIEW程序进行数据处理获得束团截面尺寸以及束流发射度和耦合度, 最后给出了实验结果.     

卡塞格林望远系统与激光束参数匹配

 在激光工程系统中,把卡塞格林望远系统等效为一个扩束器和环形光阑的组合形式,研究了激光束的光腰半径与卡塞格林望远系统的参数匹配问题。推导出光束扩束后通过环形光阑衍射的场分布解析表达式,并由此数值计算了由环形光阑引起的能量损失,以及光束扩束后光腰半径与环形光阑外径的比值K对Strehl比的影响。结果表明,在卡塞格林望远系统参数确定的条件下,存在最佳比值K,使损失能量最小,并可以获得较高的Strehl比,得到最大的峰值光强。     

FTO质子照相中扩束器的设计

 为了达到最佳的扩束效果和充分利用束流,从多次库仑散射角、能量损失和透射率这三个方面确定扩束器的材料类型。对均方根多次库仑散射(MCS)、质子能量损失和质子的透过率的研究都表明单位面质量下材料原子序数越大,扩束效果越好。再结合成本和适用性确定扩束器的材料为钨。同时,从探测器接收到的质子通量均匀而噪声影响小的角度,确定了扩束器的厚度。研究结果为：没有准直器的情形下,扩束器的厚度为3.1 cm;准直器角度为3.0 mrad时,扩束器厚度为2.4 cm。     

激光光斑漂移的检测

针对激光光斑漂移设计了一套光斑漂移检测系统。利用该系统实现了对He-Ne激光器出射光束漂移的检测。它采用CCD摄像头和图像采集卡采集激光器输出光斑，通过专门软件对数字图像进行处理，得出光斑漂移的大小；另外，利用几何光学方法得到了激光光束在X方向、Y方向以及空间立体角上的漂移大小。分析了引起光束漂移的原因。结果表明：He-Ne激光器出射光束的指向主要受温度、环境振动、空气扰动和激光器自身结构的影响。该系统能准确地测量出激光器出射光束的漂移大小，实现光束漂移的控制。     

自动机运动规律测试系统的研制

介绍了一种枪械自动机运动规律光电检测系统,该系统由光电位置探测器(PSD)、激光器、原向反射片、数据采集装置及专用测试软件等组成.随自动机同步运动的原向反射片反射激光光束,光束经光学系统聚焦于PSD的光敏面上,产生随光斑中心变化的电信号.信号经过调理、采集、处理后得出自动机运动规律.分析及实验结果表明:该系统响应速度满足自动机测试要求,位置分辨率可达0.044 mm.能在恶劣环境下,对10～150 mm范围内的枪械自动机进行速度和位移测试.测试方法具有非接触、高精度、操作简便等特点.     

一种大面积高能激光光束参数的在线测量方法

 提出了一种大面积连续波高能激光光束参数的在线测量方法——环形光刀扫描测量法。该方法采用偏心安装的斜面环形光刀高速扫描反射，光电探测器阵列沿反射光圆周均匀布置探测，使得绝大部分被测激光沿原光路传播，只有少量取样光被反射到探测器阵列上。通过对采集得到的探测器响应信号进行空间映射计算和图像复原，得到激光束的光强分布参数。该方法可用于光束直径数百mm的高能激光光束测量，测量空间分辨率约2 mm，时间分辨率为30~50 ms。     

37单元双压电片变形镜板条激光光束净化

为了校正板条激光器输出光束波前像差,改善输出光束质量,提出了基于37单元双压电片变形镜的板条激光光束净化系统。采用柱面反射式单向扩束器使主振荡功率放大结构板条激光器输出光束尺寸与37单元双压电片变形镜有效口径相匹配,利用随机并行梯度下降算法控制双压电片变形镜面形,进行波前像差闭环校正,校正后光束远场归一化桶中功率提高到净化前的2~3倍。     

多面体模具角参数自动测量方法的研究

多平面冷反光镜模具质量的好坏直接影响着出射光束照度的均匀度和出射光束的定向性，目前使用的检测方法存在测量过程繁琐费时，测量精度低等缺点。本文介绍了一种利用ＣＣＤ线阵光电探测器研制的多面体模具角参数自动测量系统。该装置采用光学方法，将待测的几何参数——两相邻平面间夹角α转化为测量该两平面反射光聚焦光斑的距离，然后用ＣＣＤ图像数据采集系统处理数据。使整个系统简单、紧凑，适用范围广，对不能接触测量或因面形太小或因形状复杂而难以测量的平面夹角均可进行测量。本文亦讨论了实验数据处理，并根据实际情况，采用重心法计算光斑中心位置，使测量精度有了很大提高。最后给出了利用该系统测量的结果。     

Φ0300激光扩束器光学系统设计

从三级像差理论出发，分析伽里略（Galilean）和开卜勒（Keplerian）两种类型扩束器的轴外像差没有得到很好校正的原因.通过合理的光路分析，设计出一种轴上和轴外像差都得到很好校正、大口径大相对孔径、视场可增大的、光学性能优于伽里略和开卜勒扩束器的新型扩束器.并给出了物镜通光口径为300 mm、物镜焦距为800 mm、视场为4 mrad、放大倍率为30倍、主工作波长为0.6328 μm的非球面扩束器光学系统结构参量，且进行了像质评价.调整此扩束器目镜组中各镜片的间隔以及物镜和目镜的间隔可以使该扩束器在三个波长使用.     

四象限探测器镜头光学质量的检测系统设计

在激光制导中,四象限探测器镜头的光学质量决定了目标定位的精度。鉴于此,设计一种非接触式检测四象限探测器镜头光学质量的系统,该系统能够对四象限探测器镜头的光学质量进行在线批量检测。首先将激光光源整形扩束准直为平顶光束,然后通过四象限探测器镜头在磨砂玻璃上显像,最后通过非接触式长工作距离的显微物镜成像在探测器上以探测光斑的形状、位置及均匀度。设计结果表明,此系统能够有效单独对四象限探测器镜头的光学质量进行批量检测,从而提高四象限探测器镜头的品控,有助于提升四象限激光制导探测系统的整体质量。     

多功能扫描质子核探针信号探测和数据获取系统

为了在一次扫描质子核探针实验中能获取多种物理信息,研制了多功能信号探测与数据获取系统。系统由组合探测器、多站多参量数据采集与束流扫描、样品台控制与显微观测三个子系统组成。组合探测器包括了Si(Li)X射线探测器,高纯Geγ射线探测器,以及Au(Si)面垒带电粒子探测器,可完成多种物理参数的同时获取。系统的核心数据采集与束流扫描系统基于NI公司的PXI-7852R数据采集卡和LabVIEW软件平台,具备了多个物理信号采集、多能谱显示以及束流扫描和二维成像等功能。六轴高精度真空样品台由计算机控制,可实现显微图像对样品的定位及对扫描区域的可视化选择。初步实验验证了该系统的可靠性与稳定性。     

多通道热释电IRFPA图像拼接采集系统

为了实现分辨率高的大规模热释电IRFPA探测器,设计了多路通道并行输出的读出电路。针对多路输出的热释电IRFPA探测器,依据热释电探测的时序要求,设计了图像拼接采集系统。利用外部驱动信号控制采集卡的触发及采样时钟,由斩波器同步信号判断热释电探测器的亮场及暗场信号。构造PC-DAQ虚拟仪器系统对多通道输出的热释电型IRFPA进行多路并行图像采集,并对每路图像信号进行亮、暗场判断后进行差分处理,通过软件拼接处理成一副完整的图像,最终在软件平台上显示。对实验室研制的160列120行双通道读出及320列120行四通道读出的热释电读出电路进行了图像采集实验,对于同样阵列大小的单通道读出探测器,双通道结构读出速度提高了1倍,四通道结构读出速度提高了3倍。通过采集成像实验验证了系统的可行性。     

一种测量电视跟踪系统摄像头分辨率的新方法

提出了利用“辐射状分辨率图案”测量电视跟踪系统摄像头分辨率的新方法，它取了“分辨率板法”的优点，避免了目视分辨率板法的缺点。介绍了一种基于图像时空域特征的数字化测试系统。该系统利用图像采集卡实时采集电视跟踪系统摄像头输出的视频图像信号，通过数据和图像处理后计算出摄像头的分辨率。测试过程实现了自动化，试验重复性好，测试结果客观可靠，能够更加合理、准确地反映电视跟踪系统摄像头的成像质量。     

激光参数测量

叙述了一些常用的激光参数测试设备的计算机控制、数据采集和后台数据分析系统。以能量测试单元、脉宽采集录人单元、编码识别单元和光束质量分析单元为例就设备构成和软件设计进行了论述,最后介绍了数据     

Φ0300激光扩束器光学系统设计

从三级像差理论出发,分析伽里略(Galilean)和开卜勒(Keplerian)两种类型扩束器的轴外像差没有得到很好校正的原因·通过合理的光路分析,设计出一种轴上和轴外像差都得到很好校正、大口径大相对孔径、视场可增大的、光学性能优于伽里略和开卜勒扩束器的新型扩束器·并给出了物镜通光口径为300mm、物镜焦距为800mm、视场为4mrad、放大倍率为30倍、主工作波长为0.6328μm的非球面扩束器光学系统结构参量,且进行了像质评价·调整此扩束器目镜组中各镜片的间隔以及物镜和目镜的间隔可以使该扩束器在三个波长使用·     

利用TFT-LCD像素结构衍射测试CCD图像采集系统的像素间距

研究了在范德卢格特型光学相关器中利用薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）替代靶板实物测试CCD图像采集系统像素间距的原理和方法,对由HN-480型CCD摄像机和OK-C21型图像采集卡组成的图像采集系统像素间距进行了现场测试,并对测试结果进行了误差分析.结果表明,该方法充分利用了光学相关器的现有组件,不需要其它设备,保证了图像采集系统像素间距的测试结果和实际工作性能的一致性,具有很强的实用性和可操作性.     

高能脉冲激光远场多参量测试系统设计

为研究高能脉冲激光远场光束质量,设计了一套激光远场多参量测试系统.首次将远场激光束的空间分布、脉冲波形和中心能量测试纳入到一个体系中.从总体设计、硬件构成、软件设计等三个方面对系统进行了阐述,重点介绍软件系统的实现过程.光束质量测试系统能够有效地获取远场激光的时空参数,为进一步进行远场激光性能评价奠定了基础.     

高精度太赫兹探测器响应度定标系统

为了保障太赫兹探测器测试的准确度和可信度,对太赫兹探测器响应度定标溯源技术进行研究,针对常用太赫兹探测器黑体辐射测试技术存在对环境、设备要求高和搭建难度大等问题,以中国计量科学研究院的热电型太赫兹探测器作为计量标准,提出一种校准方案,设计搭建了一套太赫兹探测器响应度定标系统。为提高定标准确度,实验测试了定标光学系统的光束质量,并合理设置光阑孔径以满足定标要求。在0.1 THz频点处对2个响应度未知的场效应自混频太赫兹探测器进行响应度定标。结果表明,定标的相对扩展不确定度为6.80% (k=2),验证了定标系统的可行性,系统可实现太赫兹探测器功率响应度溯源到国家激光功率标准,保障太赫兹功率测量的准确可靠。     

倍频腔法测BEPCⅡ直线加速器的束团长度

 阐述了利用倍频腔束团长度监测器测量北京正负电子对撞机二期工程电子直线加速器束团长度的原理,通过两个月的测试和数据采集,测得的束团长度集中在1.4~2.0 mm之间,与理论值1.5 mm基本相符。根据不同时刻的记录,基频腔峰值电压与束流流强探测器BCT3所测流强值近似成正比关系;当大幅改变预聚束器和聚束器参数而束流流强不变时,反映聚束质量的五倍频腔信号也随之大幅改变,而反映流强信号的基频腔信号则变化不大,这些试验结果与理论分析完全一致。