在轨空间目标光学特性宏观表征模型的反演重构

为了在天基远距离条件下反演三轴稳定空间目标表面的光学特性参数,提出了基于可见光时序光度信号分析的光学特性宏观表征模型的反演重构方法.首先,综合考虑空间目标的结构特性、表面材料特性、帆板的对日指向运动特性、光照观测几何以及光学系统特性,完善了面向在轨观测的空间目标可见光时序光度建模方法;其次,将光度模型等效为双面模型,并利用双向反射分布函数(BRDF)的多级融合模型表征复杂材料表面的光学反射特性,将BRDF对应的面积反射率乘积作为待反演参数;最后,以时序光度信号的测量值与模型值之间的差异最小为优化目标,建立线性优化方法,实现模型参数的反演.仿真实验表明,提出的模型在轨重构方法对于近轨观测条件下的本体、帆板信号的重构精度达到97%以上,验证了方法的正确性.     

聚光模组二次光学元件优化设计与研究

聚光光伏模组中,二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量,提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件,用Solidworks软件建立了三维模型,结合实际工程应用,借助Zemax软件光学模拟仿真手段,对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件,配合菲涅耳透镜、太阳能电池,搭建了实物聚光发电单元,在太阳模拟器下进行I-V性能测试,结果表明当二次光学元件高度为6 mm,上圆直径为7 mm时,太阳能电池的输出功率达到最大值720 m W,与不加二次光学元件相比,输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。     

聚光模组二次光学元件优化设计与研究EI北大核心CSCD

聚光光伏模组中,二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量,提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件,用Solidworks软件建立了三维模型,结合实际工程应用,借助Zemax软件光学模拟仿真手段,对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件,配合菲涅耳透镜、太阳能电池,搭建了实物聚光发电单元,在太阳模拟器下进行I-V性能测试,结果表明当二次光学元件高度为6 mm,上圆直径为7 mm时,太阳能电池的输出功率达到最大值720 m W,与不加二次光学元件相比,输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。     

基于MATLAB的表面三维微观形貌图像处理分析

表面形貌影响光学元件的机械性能、物理性能、成品率;在特定应用场合下,通过检测光学元件表面三维微观形貌来检测光学元件的加工质量。将工件表面置于光学显微镜焦面上观测,如观测到工件表面某处存在明显缺陷,通过光学显微镜上下数次微移动,对工件表面该处采集多幅对焦图像并进行图像处理,根据处理结果判别工件是否符合加工要求。文中提出了一种基于MATLAB6.0高级语言编写的图像处理软件,实现对数幅对焦图像进行分析处理进而拟合出表面微观形貌的三维图形。     

基于改进Stoilov算法光学元件瑕疵检测

提出一种基于统计逼近的改进Stoilov算法,可以除去光学元件检测中展开相位时遇到的奇异点和超大误差,提高测量精度。通过重构瑕疵表面3维形貌,并对规则几何形状光学元件表面进行拟合,建立光学元件瑕疵检测理论模型,可以有效对光学元件表面瑕疵进行检测。把该算法和模型运用到光学平晶瑕疵检测中,测出光学平晶的微小划痕深度为40nm。     

基于改进Stoilov算法光学元件瑕疵检测

提出一种基于统计逼近的改进Stoilov算法,可以除去光学元件检测中展开相位时遇到的奇异点和超大误差,提高测量精度。通过重构瑕疵表面3维形貌,并对规则几何形状光学元件表面进行拟合,建立光学元件瑕疵检测理论模型,可以有效对光学元件表面瑕疵进行检测。把该算法和模型运用到光学平晶瑕疵检测中,测出光学平晶的微小划痕深度为40 nm。     

强激光光学元件表面轮廓功率谱密度函数及其估计

本文在扼要描述了光学元件表面轮廓测量中功率谱密度（PSD）函数的基本概念、公式和应用基础上,重点讨论了光学元件表面低频和中高频空间频率PSD对光场分布的影响,并给出了强激光光学元件表面PSD函数曲线的几个实测结果和分析。     

基于BRDF的光学表面疵病散射特性的仿真研究

为了研究精密光学元件表面微弱疵病的散射特性,基于矢量散射理论和双向反射分布函数,建立了光学表面微弱疵病的散射理论模型。通过仿真计算了双向反射分布函数随散射角的变化情况,分析了入射角度、入射光波长以及疵病自身尺寸等因素对疵病散射光特性的影响。基于仿真数据分析,针对光源参数对散射特性的影响进行仿真分析,为使用暗场成像法进行精密表面疵病检测的系统参数选择提供理论参考,疵病检测入射角范围为30°～50°最佳;在可见光范围内时,380～500 nm的波长范围更有利于疵病检测。另外还通过研究疵病尺寸发生改变时散射场变化的规律,为分辨疵病的形状大小等信息提供了参考依据。     

强激光光学元件表面轮廓功率谱密度函数及其估计

 本文在扼要描述了光学元件表面轮廓测量中功率谱密度（PSD）函数的基本概念、公式和应用基础上,重点讨论了光学元件表面低频和中高频空间频率PSD对光场分布的影响,并给出了强激光光学元件表面PSD函数曲线的几个实测结果和分析。     

光学轮廓仪对光学元件表面空间波长回应的研究

在分析光学轮廓仪的空间分辨率和带限功率谱密度函数的基础上，用新测不同要品的大量数据研究了光学元件表面粗糙度测量与光学轮廓仪对表面空间波长的带限顺应关系，对由光学轮廓仪不同带宽限制内测量元件表面粗糙度不同回应所引起的不同偏差的解决办法提出了几点建议。     

平行磨削非轴对称非球面光学元件表面形貌

结合砂轮表面仿真及磨削过程的运动学仿真获得工件表面轮廓、形貌和粗糙度预计,可以作为磨削过程中的理论依据,是精密磨削加工技术中主要的研究内容之一。平行磨削技术是加工非轴对称非球面光学元件的重要手段,而相关的仿真过程报道还很少。提出一种基于平行磨削的精密磨削加工非球面表面生成的仿真方法,该方法主要包含使用高斯方法生成具有不同统计学特征的随机砂轮表面形貌,建立单磨粒运动轨迹方程和圆弧砂轮细分后与工件表面点接触的运动关系,据此给出平行磨削加工表面生成的数值算法,并对不同加工参数下的工件表面形貌进行仿真。仿真结果和测量结果的一致性验证了所给算法的正确性和有效性     

光学元件亚表面缺陷的全内反射显微检测

光学元件亚表面缺陷的有效检测已成为高阈值抗激光损伤光学元件制造的迫切要求。基于全内反射照明原理开展了全内反射显微技术检测光学元件亚表面缺陷的实验研究。结果表明：全内反射显微技术可有效检测光学元件亚表面缺陷;入射光偏振态和入射角度会影响元件内界面下不同深度处驻波形式照明强度的分布,对于可见度发生明显改变的微小缺陷点能衡量出其一定的深度尺寸范围;利用显微镜精密调焦对界面下一定深度处缺陷成像,可知缺陷点的位置深度。     

平行磨削非轴对称非球面光学元件表面形貌

结合砂轮表面仿真及磨削过程的运动学仿真获得工件表面轮廓、形貌和粗糙度预计,可以作为磨削过程中的理论依据,是精密磨削加工技术中主要的研究内容之一。平行磨削技术是加工非轴对称非球面光学元件的重要手段,而相关的仿真过程报道还很少。提出一种基于平行磨削的精密磨削加工非球面表面生成的仿真方法,该方法主要包含使用高斯方法生成具有不同统计学特征的随机砂轮表面形貌,建立单磨粒运动轨迹方程和圆弧砂轮细分后与工件表面点接触的运动关系,据此给出平行磨削加工表面生成的数值算法,并对不同加工参数下的工件表面形貌进行仿真。仿真结果和测量结果的一致性验证了所给算法的正确性和有效性     

光学元件亚表面缺陷的全内反射显微检测

 光学元件亚表面缺陷的有效检测已成为高阈值抗激光损伤光学元件制造的迫切要求。基于全内反射照明原理开展了全内反射显微技术检测光学元件亚表面缺陷的实验研究。结果表明：全内反射显微技术可有效检测光学元件亚表面缺陷;入射光偏振态和入射角度会影响元件内界面下不同深度处驻波形式照明强度的分布,对于可见度发生明显改变的微小缺陷点能衡量出其一定的深度尺寸范围;利用显微镜精密调焦对界面下一定深度处缺陷成像,可知缺陷点的位置深度。     

光学薄膜损伤表面三维微观形貌的仿真与重构

通过对激光作用薄膜元件后的损伤过程和图像损伤特征进行分析与研究,借助光学薄膜损伤表面三维微观形貌的重构,揭示薄膜元件损伤机理.基于白光干涉显微原理,采集薄膜损伤表面的干涉显微三维云数据,运用Delaunay三角剖分法构建损伤表面的三角网格模型,通过可视化仿真,实现了损伤表面三维微观形貌的再现.结果表明:实验测试的Hf0...     

基于叠层衍射成像的二元光学元件检测研究

本文提出了一种基于叠层衍射成像(ptychography)的二元光学元件的检测方法,该方法可实现对二元光学元件表面微观轮廓的检测以及特征尺寸的标定.相比于传统的二元光学元件检测方法,其使用无透镜成像技术,简化了系统结构并可适用于特殊环境下的检测.该方法可直接通过采集多幅衍射图,利用叠层衍射成像迭代算法可精确地复原大尺寸待测元件的表面微观轮廓,提高大尺寸器件的检测效率.本文模拟仿真了台阶高度与噪声大小对纯相位台阶板复原结果的影响,并在光学实验中选取计算全息板为样品,复原样品的表面微观轮廓信息以及得到台阶高度.以白光干涉仪检测结果为标准,该方法在精度要求不太高的前提下,可获得令人满意的成像质量.     

变温下材料表面近红外双向反射分布函数的测量研究

基于自行研制的双向反射分布函数(BRDF)测量装置,采用绝对测量方法在20～800℃的温度范围内测量了粗糙黄铜表面在近红外波段下的光谱偏振双向反射分布函数,分析了温度对BRDF的影响。结果表明,温度对黄铜表面的BRDF有明显的影响,随着温度的升高,BRDF整体呈现出稳定-增大-减小的变化趋势。对不同温度下材料表面的场扫描电镜、粗糙度和X射线衍射测试表明,温度对样品表面BRDF产生影响的主要原因是表面形貌和化学成分的改变。     

高功率激光装置光传输管道污染规律及对光学表面损伤性能的影响

研究高功率激光装置光传输管道内部洁净度变化规律,分析其对内部重要光学元件光学性能的影响规律,提出污染控制措施。对光传输管道内部的气溶胶进行采样,并利用空气品质分析仪及扫描电镜对其进行分析,得到光传输管道内部洁净度变化规律和污染源;采用内部放置透射膜元件的方法,研究洁净度等级水平对透射膜的微观结构和透射率的影响,并利用1-on-1的测试方式进行透射膜元件的损伤阈值测试。研究结果表明：光传输管道内部的洁净度在激光辐照后迅速上升至万级水平,透射膜元件在此环境下其透过率严重下降,下降幅度为2.5%,且表面微观形貌发生变化。光学透射薄膜表面损伤阈值随表面污染水平呈现线性下降规律,最大下降幅度约为10%。污染监测和成分分析结果表明管道内部灰尘及杂散光或者鬼光束辐照金属产生的等离子体是管道内污染的主要源头,在此基础上提出了正压密封保持的技术手段确保内部光学表面洁净度水平,延长使用寿命。     

表面微纳结构对光的透射性能影响分析

针对传统光学元件增透的方法中存在物理、化学性质的限制而导致热失配、稳定性不足等问题,提出了对光学表面直接加工圆球和圆锥形两种微纳结构的增透方式;构建了两种微结构模型并以0.38～0.9μm的入射光在不同入射角的条件下对二者进行数值仿真;分析了两种模型随波长与入射角变化的反射率、透射率和电场的变化情况,并对两种实验元件进行实验测试;结合两种微纳结构的仿真和实验数据结果进行对比,获得了两种微纳结构对光透射性能的影响情况。结果表明:入射光波长由小增大时,光学元件透射率增大,并随着波长继续增大透射率逐渐趋于稳定。可为表面微纳结构对光透射性能的影响研究,以及对微纳光学器件的优化设计、制造提供参考。     

入射光照对典型光刻胶纳米结构的光学散射测量影响分析

作为一种快速、低成本和非接触的测量手段,光学散射测量在半导体制造业中的纳米结构三维形貌表征方面获得了广泛关注与运用.光学散射测量是一种基于模型的测量方法,在纳米结构待测参数的逆向提取过程中,为降低参数之间的耦合性,通常需要将结构的光学常数作为固定的已知量,即假设结构的材料光学常数不受光学散射仪入射光照的影响.事实上,这一假设对于半导体制造业中的绝大多数材料是成立的,但某些感光材料的光学常数有可能随着入射光的照射时间增加而发生改变,而由此产生的误差会在一定程度上传递给待测形貌参数的逆向提取值.本文针对聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶薄膜培片和光栅结构分别开展了光学散射测量实验与仿真研究,结果表明该光刻胶材料的光学常数随着入射光照时间增加而变化,进而导致光栅结构形貌参数的提取结果较大地偏离于真实值,不容被忽视.这一研究发现将为更进一步提高光刻胶纳米结构三维形貌参数的测量精确度提供理论依据.