新型椭球形窗口零位检测技术研究

椭球形窗口的检测技术严重阻碍其成功应用。首先简要介绍了目前普遍使用的非球面检测技术,并针对椭球形窗口大倾斜、大偏心、深非球面的特点,基于零位补偿检测法原理,设计了一种适合椭球形窗口检测的改进型Offner零位补偿检测系统。检测系统包括补偿镜、场镜和标准球面参考镜,检测系统工作原理为:干涉仪出射平行光线通过补偿镜及场镜产生修正波前,通过椭球形窗口照射到标准球面反射镜,并按原光路返回与参考光线干涉,其干涉结果显示出椭球形窗口的面形偏差。实现了对椭球形窗口的高精度全口径一次检测并给出了完整的设计结果。检测了长径比为1.0,口径为110mm的椭球形窗口,其波前残余波像差均方根值为0.0052λ。设计结果为实际使用提供了一定的参考。     

基于背景纹影波前传感技术的气动光学波前重构与校正

背景纹影波前传感(backgroud oriented schlieren based wavefront sensing, BOS-WS) 是利用背景纹影技术测量光学波前二维分布的新型实验手段, 可定量测量光线通过干扰场后产生的光学畸变并给出光程差. 为了利用BOS-WS技术获得光线因气动光学效应产生的畸变信息, 并通过已知畸变信息还原原始图像, 进而探索一种新型的超声速成像制导方法, 本文通过理论分析, 验证了利用背景纹影技术测量光学波前的方法, 探索了利用已知波前信息预测畸变位移场以及利用已知位移场进行波前重构的计算方法. 通过数值模拟比较了一阶梯形积分算法和Southwell方法在波前重构上的误差大小和结果合理性, 并通过误差分析证明了Southwell方法更加精确合理. 通过蜡烛火焰上方流场畸变实验和透镜对波前的扰动实验, 创造性地探索了利用已知光学光程差还原畸变位移场及用其校正畸变图像的方法, 并通过验证性实验证明了校正方法的有效性.     

带喷流超声速光学头罩流场气动光学畸变试验研究

超声速光学头罩在大气层内飞行时, 需要在光学窗口表面顺来流方向进行喷流冷却, 致使窗口上方流场更为复杂. 目标光线穿过窗口上方流场, 受到激波、膨胀波、混合层、湍流边界层等流场结构引起的变密度场影响而产生波前畸变, 导致成像出现偏移、抖动、模糊等气动光学效应. 本文对马赫数3.8来流条件下有无喷流时超声速光学头罩流场引起的气动光学波前畸变进行了试验研究. 基于纳米示踪的平面激光散射技术, 首先对流场图像进行密度校准获得高时空分辨率密度场, 然后采用光线追迹法计算得到波长532 nm平面光波垂直于光学窗口穿过流场后的光程差(optical path difference, OPD)分布, 并对窗口上方近壁区有无喷流状态的流场结构引起的 OPD分布进行了研究. 发现无喷流时, 流场结构相对较为简单, 窗口上方有较长的回流区和层流区, 而有喷流时窗口上方出现复杂的剪切层、混合层及湍流边界层, 流动很快就转捩为湍流结构, 其引起的气动光学畸变要明显高于无喷流状态. 无喷流状态相隔5 μs的流场引起的光程差均方根值分别为0.0348 和0.0356 μm, 有喷流状态的光程差均方根值分别为0.0462 和0.0485 μm. 关键词： 超声速 喷流 气动光学 光程差     

大口径光学窗口结构及支撑技术

为减小大口径光学窗口对系统入射光线的影响,提高光学窗口性能及光学系统成像质量,提出了基于普通环带支撑的中间环带辅助支撑形式,并在不同口径、径厚比及遮拦比状态下比较两种支撑方式对光学系统波前误差的影响。与普通环带支撑方式相比,采用中间环带辅助支撑形式可以降低90%的由窗口引入的波前误差,该方式对径厚比为100/1的窗口的支撑效果可以达到普通支撑方式下径厚比为100/3的窗口类似的支撑效果。因此,中间环带辅助支撑形式可以有效提高窗口支撑效率、减小窗口厚度及质量、降低窗口对入射光线的体吸收率。     

基于窗口傅里叶变换剪切干涉法波前检测

提出了一种利用二维窗口傅里叶变换从径向剪切干涉条纹中准确得到波前的重建技术。首先对剪切干涉条纹做二维窗口傅里叶变换,设置阈值和频率积分范围后,进行二维窗口傅里叶逆变换,然后对包裹相位做去载频和相位展开处理得到相位差分布,最后使用波前迭代算法从相位差中复原实际波前。模拟计算表明,使用该方法最大相位复原误差为0.82%,均方根值为0.020 9 rad,实验结果验证了该方法的有效性。同时也对窗口傅里叶变换的关键参数,如窗函数的选择、窗口大小的确定以及阈值的选取等进行了简要讨论。与传统傅里叶变换法(FFT)相比,基于窗口傅里叶变换的剪切干涉波前检测法有更高的精度和稳定性,为波前检测提供一种新的处理方法。     

奇对称型相位板波前编码成像系统的点列图分析

基于几何光学理论利用光线追迹方法得到了适用于任意面型相位板的大视场平行光入射情况下的光线像差近似表达式,并在此基础之上分析了奇对称型相位板波前编码系统的点列图的大小、边界以及光线结构等特性,研究了大视场角平行光入射下的光线像差增强及点列图形变等现象,并且给出了相应的近似数学解析式来描述这些特性。通过对奇对称型相位板波前编码成像系统的点列图特性分析,有助于进一步的理解波前编码技术并且指导实际系统的设计。     

用哈特曼法研究自由旋涡气动窗口光束质量

 利用37单元哈特曼波前传感器实验研究不同工作条件下不同时刻自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响。将高速CCD所采集的畸变激光波前传送给高速波前处理机，采用模式法对其进行波前重构，进而计算给出畸变波前的波像差峰谷值、波像差均方根和斯特列尔比值等相关光学参数随气动窗口工作条件不同的变化曲线。结果表明，自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响主要是光束偏转和离焦，特别是气动窗口工作在设计状态时，其余低阶及高阶像差都比较小，能够满足实际需要。哈特曼波前传感器能很好地用于自由旋涡气动窗口对激光波前影响的二维动态测量，并能给出波前畸变的各项Zernike多项式的模式系数得到畸变波前，直接为气动窗口与强激光发射系统的对接和波前校正提供数据。     

米级口径经纬仪保护窗口镜面变形分析

为了精确分析外载荷作用下米级口径经纬仪保护窗口镜面变形,本文基于接触有限元理论建立了米级口径经纬仪保护窗口带摩擦接触的有限元分析模型,对比了线性刚性连接和非线性摩擦接触方法的差异。采用齐次坐标变换法去除刚体位移,得到米级口径经纬仪保护窗口镜面畸变数据,使用Zernike多项式作为光机集成分析的接口工具,并将Zernike多项式系数导入ZEMAX中,以波前像差RMS值衡量镜面变形对成像质量的影响,并与干涉仪检测结果进行比较。考虑摩擦接触条件得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为38.095 nm、PV为205.027 nm,使用干涉仪检测得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为40.626 nm、PV值为235.654 nm。实验结果表明,考虑摩擦接触条件的仿真实验与干涉仪检测实验的镜面波前像差RMS值偏差为6.23%,能更准确地反映米级口径保护窗口镜面变形。     

基于结构光的光线追迹与波前重建方法

提出一种基于结构光条纹成像的光线追迹和波前重建方法.以结构光条纹相位为信息载体,采用相移技术精确地测量结构光条纹成像过程中相位的变化,实现高分辨的光线追迹,得到点列图.由于光线传播方向与波前垂直,凶此可以实现波前重建.将一个液晶显示器(LCD)置于点光源后,显示正弦灰度调制光栅图样以产生标准条纹光束.条纹光束通过被测光学元件后,发生变形.CCD记录下变形条纹图样,根据相移技术进行处理,计算后完成测量.由于调制光栅图样是由计算机产生的,所以光栅的周期和方向可以灵活设置,并可以实现精确的相移.实验验证了该方法的可行性.     

大口径激光波前测量方法

采用大型透镜阵列对激光波前进行采样，实现了对宽光束的测量。大口径激光束经过大型透镜阵列进行采样形成光斑点阵，通过成像系统，获取点阵图像，得到激光束波前信息，根据激光传输理论和光学系统像差理论，已知激光束的波前函数和强度分布时，可以求出激光束会聚后在焦面处任意位置的光强，因此激光束的波前、发散角、近场分布、远场分布等参数能够通过测量求解得到。     

一种新型偶氮化合物的纳秒光限幅特性研究

研究了反式—4—{[p—(N,N—二羟乙基胺基)偶氮苯]乙烯基}吡啶在N,N—二甲基甲酰胺(DMF)中的光限幅性能。实验结果表明,该偶氮化合物的DMF溶液对波长为532nm,脉冲宽度为8ns的激光脉冲具有很强的光限幅特性。理论分析表明,光限幅效应主要起源于材料的双光子吸收。利用双光子吸收模型拟合光限幅实验数据得到材料的双光子吸收系数β=1.6×10-9cm/W。     

Optical-radio frequency two photon transitions in the double resonance spectrum of NO2

The effect of optical—radio frequency two-photon transitions on the optical—radio frequency double resonance spectrum of NO₂ is investigated.     

医用硬性内窥镜畸变的评定基础和方法

建立医用硬性内窥镜畸变的评定基础和方法,用视轴对称的球面Z视场为模型来模拟体腔凹面特征,以建立内窥镜物像共轭的分析基础;运用光学原理并结合ISO9039:1994“光学和光学仪器光学系统质量评价———畸变的测定”的定义原则,并根据理论畸变的临床要求确定畸变定义;采用主光线追迹原理推导不同球面Z形状的畸变换算通式。创立了医用硬性内窥镜以单位相对畸变表述的定义和表达式,并导出变换视场面的畸变换算通用公式和测试方法。本文建立的畸变评定基础和方法适用于医用硬性内窥镜的标准应用。     

新型抛光机“LP—1000”的机理分析与抛光模制作工艺

随着我国现代科学技术的发展,特别是激光技术、微电子学技术、空间技术的发展,对光学零件的精度要求不断的提高,因而出现了新的高精度设备“LP—1000”环形抛光机。本文主要根据我们使用“LP—1000”环形抛光机的实践。分析比较LP—1000环形抛光机与目前使用的“_ⅢP—350”三轴抛光机抛光机理的区别,其中包括两种抛光机的抛光机理、运动分析、受力分析及“LP—1000”抛光模的制造工艺,加工高精度光学零件易发生的问题和解决方法。     

拉曼效应与光孤子通信

光纤孤子通信是一种非线性全光通信,它克服了光纤色散和电子设备响应速度慢等缺点,具有不损失波形,不改变速度,保真度高等优点。在光孤子通信中,一些重要问题是由 Raman 效应来解决的。如光纤受激 Raman 放大是根据光纤中的受激 Raman 效应对光孤子进行能量补偿。本文较为系统地介绍 Raman 效应与光孤子通信。     

Ge-Ga-Cd硫化物玻璃的超快三阶非线性光学性质与结构关系研究

本文采用飞秒时间分辨光学克尔门技术测量了GeS2-Ga2S3-CdS硫化物玻璃体系的超快三阶非线性光学响应，所用激光波长分别为820nm和640nm。?实验结果证明了GeS2-Ga2S3-CdS组分玻璃具有很大的飞秒超快三阶非线性光学响应，另外，其Kerr信号随摩尔组分的不同呈显著变化。通过拉曼光谱结构分析，探讨了此系列硫化物玻璃的三阶非线性光学性质与结构的关系，结果表明构成玻璃网络的四面体结构单元[GeS4]([GaS4])对其超快三阶光学非线性起重要作用。实验还表明了此硫化物玻璃体系的超快三阶非线性不符合半经验的Miller定律。     

红外光学系统内部构件热辐射分析

红外光学系统的内部构件由于呈现于光路之中,其表面热辐射将会通过光学系统到达探测像面而引起背景辐射噪声。本文利用LightTools分析软件对一套折反式红外光学系统内部机械构件的主要表面的热辐射进行了分析,得到了探测像面接收到的热辐射的量级。分析了三种不同的表面反射率的情况,能够用于指导如何进行表面处理和结构设计的改善。     

真空条件下激光诱导光纤损伤特性研究

实验研究并分析了调Q Nd:YAG 脉冲激光诱导光纤损伤特性.设计了在真空条件下全石英光纤传输1064 nm 脉冲激光实验.通过将激光注入光纤端面气压降低到10—100 Pa, 光纤端面击穿阈值提高到大气环境下的185 倍.结合光纤端面损伤形貌分析可知,光纤端面损伤主要是由于激光驻波场和烧蚀共同作用的结果,光纤端面或内部大量的缺陷降低了光纤抗激光损伤的能力.在真空条件下由于光纤端面光学击穿阈值的提高,激光诱导光纤损伤特性又表现出了另外一种损伤模式——光纤初始输入段损伤.它发生在光纤输入段附 关键词： 激光损伤 光束传输 真空 石英光纤     

工作压强对硅掺杂辉光放电聚合物结构和性能的影响

采用辉光放电聚合技术,在不同工作压强条件下制备了掺硅的辉光放电聚合物(Si-GDP)薄膜.并采用傅里叶变换红外吸收光谱和X射线光电子能谱(XPS)对Si-GDP薄膜进行了表征,分析了压强变化对其内部结构及成分的影响.利用紫外—可见光谱对Si-GDP薄膜的光学带隙进行了分析.结果表明:Si-GDP薄膜中Si元素主要以Si—C,Si—H,Si—O,Si—CH₃的键合形式存在;随着工作压强的增大,薄膜中Si—C键相对含量先减小后增加;从Si-GDP薄膜的XPS分析可以发现,C—C与C C含 关键词： 硅掺杂辉光放电聚合物薄膜 工作压强 傅里叶变换红外吸收光谱 X射线光电子能谱     

新型高速光发射模块的设计与分析

介绍了用于高速、宽带光纤通信系统的铌酸锂(LiNbO3)光发射模块的优化设计方法。分析比较了半导体器件与铌酸锂波导器件在作为光纤通信光发射模块时的优缺点。对光发射模块的两个主要器件———掺铒铌酸锂(Er∶LiNbO3)波导激光器和LiNbO3电光调制器进行了结构设计和分析。分析和讨论了电光调制器带宽及半波电压随器件主要参数的变化关系。用BPM软件模拟了所设计的模块的结构特征。该发射模块的发射峰值波长为1531nm,调制速率为10Gbits/s。