THz关键技术及其在生物医学中的应用

THz电磁辐射的关键技术就是THz的产生和检测.本文分别介绍了两种产生THz辐射的方法及其对应的检测方法,较为全面地论述了THz成像技术,详细分析了THz成像技术的成像装置、成像原理及成像过程,并对其在生物医学方面的应用前景进行了重点分析.     

地基多孔径成像系统验证实验设计

基于工程实践中高分辨率目标成像技术的需求,讨论了光学合成孔径成像技术的成像原理以及在提高成像分辨率方面的优越性,阐述了国内外在相关领域取得的科研成果及存在的技术难点。在现有加工工艺及装调检测条件下,设计了基于两个子望远镜的合成孔径成像实验。以斐索型多孔径望远镜为研究对象,从几何光学理论出发,讨论了地基斐索型合成孔径成像系统实验的可行性。分析实验中关键组件的调整精度,提出了合成孔径成像系统精确成像的方案。实验中设计了分辨率±0.03mm的微调机构来保证系统获得清晰的像,并使用分辨率达到0.05μm的压电直线精密驱动器来保证两束光相位同步。分析结果表明,本文设计的地基多孔径成像系统实验切实可行,可得到合成孔径成像系统分辨率的确切值,为进一步研究合成孔径成像系统奠定了基础。     

光电总体集成技术和光电系统的研发

光电技术是信息化建设和国防科技工业的重要支撑技术,在实现装备现代化进程中占据着重要地位.本文论述了光电集成技术的重要性,总结了其主要的研究内容,对今后的发展提出了相应的建议.     

光学合成孔径成像技术发展概况

介绍了光学合成孔径成像技术的发展现状。简要阐明了合成孔径成像技术的原理和分类以及在光学波段的主要应用。归纳出了光学合成孔径成像技术的发展趋势:地基合成孔径系统向长基线方向发展;天基系统向超轻量化方向发展;图像处理正在成为系统不可分割的一部分;技术重点是从地基系统向天基系统转移,并被应用于更多领域。概括了光学合成孔径成像系统的各种应用方案及特点。与传统的光学系统相比,合成孔径成像技术具有如下特征和优点:可降低光学元件的加工难度和天基光学合成孔径成像系统的发射体积和重量,可节约发射费用。     

从恒星强度干涉仪、星体散斑干涉仪到空间强度自关联合成孔径望远镜

随着天文观测对空间分辨率性能需求不断提升,迫切需要发展十米级、百米级甚至公里级光学合成孔径的望远镜。传统光学共位相的合成孔径成像技术面临着高精度相位技术的挑战,难以将长基线的合成孔径成像拓展到光学波段。强度干涉的测量方法对相位相对不敏感,为长基线的光学合成孔径提供了可能的技术方案。分别梳理了恒星强度干涉仪、星体散斑干涉仪的发展历程和关键科学问题,并分析了空间强度自关联合成孔径望远镜的技术特点和发展潜力。通过总结三种技术方案的特点,可为我国发展长基线光学合成孔径成像系统提供参考。     

单分散系微粒的Mie散射计算

Mie散射是公认的一种极具发展前途的微粒测试技术,应用于工厂、企业排放烟尘中微粒粒度和浓度的测试,具有非接触、精度高、重复性好和可实时在线测量的优点,是研究检测污染排放的主要技术手段,也是微粒粒度和浓度分析的理论基础.本文对Mie散射理论的多个参量进行计算并给出其数学表达式.     

合成孔径激光成像雷达(Ⅴ):成像分辨率和天线孔径函数

基于合成孔径激光成像雷达(SAIL)二维数据收集方程和成像算法,研究了圆形孔径和矩形孔径光学望远镜天线的方位向成像分辨率,导出了点扩展函数的解析表达式,分析了理想成像点尺寸及其光学足迹中心偏离、相位二次项匹配滤波失匹、空间采样宽度、采样周期等的影响;也研究了距离向成像分辨率并分析了非线性啁啾补偿等的影响.对于各种影响因素都给出了数学判据,特别是发现了矩形孔径的光学望远镜可以产生适合于SAIL扫描方式的矩形光学足趾并消除方位向分辨率不均匀降低,可以设计最佳的矩形孔径的尺度分别控制光学足趾在方位向及其垂直方向上的尺度,得到大扫描宽度和高方位向分辨率;也发现了目标外差延时必须尽量小以克服非线性啁啾和初始光频不稳定性相位误差.     

大口径光学合成孔径成像技术发展现状

简明介绍了光学合成孔径的两种成像方式和光学波段合成孔径的发展概况。全面介绍镜面拼接、稀疏孔径和位相阵列3种合成孔径结构系统国内外发展现状。归纳出了目前光学合成孔径技术在天基和地基观测系统的发展趋势及技术难题。与传统单一口径的光学系统相比,光学合成孔径系统具有更高的分辨率、镜面加工难度低、易折叠、重量轻等特点,是实现高分辨率光学成像系统的一种重要且有效途径。     

合成孔径激光成像雷达(Ⅰ):离焦和相位偏置望远镜接收天线

把合成孔径激光成像雷达的目标衍射区分为三个区域,提出采用离焦或者附加空间相位调制板的光学接收望远镜补偿回波像差.当目标处于菲涅耳衍射区时可采用离焦或偏置望远镜补偿回波二次项离焦像差并产生用于孔径合成的二次项相位历程;目标处于夫琅和费衍射区时可以采用离焦或偏置望远镜补偿回波二次项离焦像差但不产生相位历程;目标处于瑞利-索末菲衍射区域时不可能补偿回波高阶像差.     

新一代高能γ射线望远镜系统

 在高能天文观测领域,实现对硬X和γ射线源的巡天搜索;高精度定位以至成像,始终是引人密切关注的一个重要方向。本文简单介绍编码孔径成像原理和技术,并介绍一种新的实际的旋转编码孔径成像γ射线望远镜系统。 硬X射线(20-120keV)和γ射线天文学的发展,需要高灵敏、高精度的望远镜系统。由于硬X和γ射线能量高于3keV时,会聚光学开始变得无能为力。从而造成了在这一领域内制作成像望远镜的特殊困难。 近年来,从事高能天文观测的科学工作者想了很多办法,希望能解决这一日益迫切需要解决的难题。     

斐索型光学合成孔径系统近轴成像条件研究

从几何光学理论出发，详细推导了斐索型光学合成孔径成像系统的近轴非相干成像条件，即子望远系统的角放大率等于系统的线性缩放因子。对于焦平面上的像点而言，合成孔径成像系统可等效为一个带有特殊形状孔径光阑的望远系统，这要求该孔径光栏的开口形状和位置分布与合成孔径成像系统各子系统孔径大小和位置分布相一致。我们由此得到了斐索型合成孔径成像系统的主要约束条件。     

Visible interferometric coupling of two telescopes through single mode optical fibers

The diameter of large conventional astronomical telescopes is currently restricted to the range of eight to ten meters. With this limitation in mind, there is an emerging interest in various applications of optical interferometry which would allow the synthesis of apertures larger than can be realized using current mirror fabrication technologies. Interferometry allows the substitution of the separation between telescopes to determine the limiting resolution rather than the diffraction limited resolving power of the individual telescope aperture(s). The implementation of this process, however, requires solutions to a number of difficult problems in the transport and recombination of optical wavefronts. The use of single mode (SM) optical fibers to transport and recombine optical wavefronts in interferometers offers a number of advantages as compared to other, more established techniques, yet suffers from an inefficient coupling of the wavefront energy into the very narrow fiber cores. We present preliminary results of an experiment in which interferometric recombination of wavefronts from two telescopes using SM fibers was used to obtain white light fringes on the bright star Arcturus ( Bootis). Our experience leads us to believe that for many imaging applications the continued development of fiber based interferometry will yield significant resolution gains over the diffraction limited performance associated with conventional monolithic aperture systems.     

适合于内窥成像的共路型光学相干层析成像系统

提出了一种采用光纤型迈克耳孙干涉仪进行光程补偿的菲佐型光学相干层析成像(OCT)系统.该系统的传感探头为共路干涉结构,以解决现有内窥光学相干层析成像系统中存在的探头运动导致图像失真、以及更换使用不同探头时需进行色散和偏振态调节等问题.光程补偿和振动干扰实验结果表明,光程补偿方法正确可行,系统对环境干扰不敏感.利用研制的系统对反射镜和近红外卡进行了成像实验,验证了系统的有效性.提出的方法非常适合于内窥成像,并给出了把系统扩展为内窥光学相干层析成像系统的具体实现过程.     

Remote and high precision step height measurement with an optical fiber multiplexing interferometric system

An optical fiber multiplexing low coherence and high coherence interferometric system, which includes a Fizeau interferometer as the sensing element and a Michelson interferometer as the demodulating element, is designed for remote and high precision step height measurement. The Fizeau interferometer is placed in the remote field for sensing the measurand, while the Michelson interferometer which works in both modes of low coherence interferometry and high coherence interferometry is employed for demodulating the measurand. The range of the step height is determined by the low coherence interferometry and the value of it is measured precisely by the high coherence interferometry. High precision has been obtained by searching precisely the peak of the low coherence interferogram symmetrically from two sides of the low coherence interferogram and stabilizing the Michelson interferometer with a feedback loop. The maximum step height that could be measured is 6 mm while the measurement resolution is less than 1 nm. The standard deviation of 10 times measurement results of a step height of 1 mm configurated with two gauge blocks is 0.5 nm.     

光学综合孔径望远镜成像分析及计算机仿真

阐述了光学综合孔径(OSA)望远镜成像原理以及综合孔径望远镜的几种实现形式；采用快速傅里叶变换(FFT)算法得到了任意子孔径综合模式下的点扩展函数(PSF)和光学传递函数(OTF)分布；从子孔径结构排列、共相位、图像恢复几个方面论述了光学综合孔径的成像特征。初步分析了稀疏率、填充因子、“实际截止频率”等因素对光学综合孔径望远镜成像的影响。分析和仿真结果表明：光学综合孔径通过相干成像不但可以突破传统单孔径系统的口径局限获得极高的成像分辨率，而且对于实现空间光学遥感系统轻量化和模块化都具有重要意义。     

光学综合孔径成像技术实验研究

根据光学综合孔径成像系统的成像质量与点扩散函数和光学传递函数的关系,以G o lay-3阵列结构为例,从空间域和频率域对光学综合孔径成像技术进行理论仿真和实验研究。在空间域从理论上分析光学综合孔径成像系统的点扩散函数,对复杂目标的成像通过目标函数与点扩散函数的卷积求得,点扩散函数决定了成像质量。通过数值仿真和模拟实验取得了点扩散函数强度分布图,两者分布规律一致证明理论分析正确。在频率域研究光学综合孔径调制传递函数,理论仿真和实验取得的调制传递函数表明,空间域和频率域内光学综合孔径成像技术的理论分析与实验结果具有较好的一致性。     

激光本振红外光谱干涉成像及其艇载天文应用展望(特邀)

本文分析了红外干涉成像现状和难点,介绍了激光本振红外相干探测的原理,阐述了基于电子学的红外光谱细分和干涉成像原理,讨论了激光本振红外阵列探测器形式.激光本振和相干探测器的设置,可保证两个望远镜的红外信号相位的正确传递,在电子学实施窄带滤波形成的窄带红外信号有利于实现长基线干涉成像.在此基础上,类似微波综合孔径射电望远镜...     

Imaging with multi-aperture optical telescopes and an application

The two main types of Multi-Aperture Optical Telescopes (MAOTs) (so-called Michelson and Fizeau) and the two possible modes of optical beam combination are reviewed. Wide-field imaging with a Michelson instrument is studied and the constraints are identified. An example of application to Earth observation is given. Then, we address the optimization of the aperture configuration, a key issue in the design of a MAOT. We also stress the image restoration, a necessary component of such an instrument because of the shape of its point spread function. Finally, a MAOT seems to be a promising technical solution for high resolution Earth observation from Space on a high orbit such as a geostationary one.     

直线阵光学综合孔径成像中的子孔径尺寸效应

光学综合孔径阵列中的子孔径的位置和直径的大小对成像质量有着重要的影响。详细分析了几种不同优化排列的光学综合孔径直线阵列的无像差点扩展函数、光学传递函数和衍射成像特性．结果表明,子孔径的位置不同．光学传递函数的空间频率覆盖有很大的差异。增大子孔径的直径可以增大空间频率覆盖程度．但子孔径直径过大时义会产生空间频率冗余度和增加制造成本。直线阵光学综合孔径的衍射成像是多重像,子孔径直径的增大还可以减小重影的程度,提高成像质量。结果说明,在进行光学综合孔径阵列优化排列时必须考虑子孔径的直径大小这个重耍的因素。