Risley棱镜在光学侦察中的应用

近年来Risley棱镜在军事侦察领域得到越来越多的应用。介绍Risley棱镜的基本组成,从数学模型上论证了Risley棱镜两种工作原理及其应用技术,分析了工程实现的难点,描述了国内外的工程应用情况,国防科技大学研制的物理样机可实现10光束偏转,实验结果表明已初步实现了扫描成像和光束扫描功能。     

基于正解过程的Risley棱镜光束指向控制精度分析

为了获得Risley棱镜系统光束指向控制精度指标设计及性能提升的依据,对系统光束指向控制精度随轴系角度测量精度的非线性变化规律进行了研究。首先,以一级近轴近似矢量合成模型为基础,采用正解方法根据双棱镜方位推导了出射光束指向的解析表达式;然后,结合单自由度轴系伺服控制经验,通过泰勒级数展开的方式推导出了光束指向控制精度与轴系角度测量精度之间的非线性解析表达式,并由此获得了界定限判据;最后,分别对小偏向角系统和大偏向角系统进行了仿真分析,获得了光束指向控制精度在全视场区域内的变化情况。结果表明,本文研究所得的非线性解析式描述了影响系统光束指向控制精度诸多因素之间的相互关系,能够为Risley棱镜光束指向系统的设计及整体性能的优化提供依据。     

平行光路扫描棱镜外形尺寸的优化处理

本文对扫描棱镜在转动过程中各个位置的尺寸的计算公式作了详细的推导，首次实现了对扫描棱镜尺寸的计算机处理，为扫描棱镜及其相关附件的最佳优化设计提供了可靠的理论依据     

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″。     

尼科耳棱镜透射光束的平移

从惠更斯原理出发,根据e光在晶体中的传播特性,从理论上详细分析了光线平行于常规尼科耳棱镜长边入射时透射光相对入射光的平移,并给出了6种改进形式尼科耳棱镜的光束平移.结果表明:对于相同的棱镜孔径Φ,阿伦斯尼科耳棱镜产生的光束平移量最小,而汤普逊倒尼科耳棱镜产生的光束平移量最大.     

扫描环形光斑激光束优化研究

激光束的形状和能量分布限定了激光的应用范围,为满足不同的激光加工需要,必须对激光束进行变换。针对实验室用CO2激光器在热处理方面的应用,提出了激光扫描环形光斑光束优化法。基于温度场叠加原理建立了扫描环形光斑温度场的数学模型,模拟其温度场,可得到其温度分布特性;通过实验研究,分析了聚焦光斑与扫描环形光斑在激光淬火中对材料的热作用效果。结果表明,扫描环形光斑能改善激光热处理硬化层分布。理论和实验研究表明,激光扫描环形光斑技术可以实现激光热处理光束的优化,有一定的应用前景。     

直角棱镜激光衰减器的研究与实验

本文在分析平面反射和棱镜内光束传输规律的基础上,提出以直角棱镜用做无像差激光衰减器,并在宽、窄Ｈｅ Ｎｅ光束条件下,通过对激光光束质量因子Ｍ２的测量,验证棱镜反射应用衰减器对光束质量无显著影响。     

差分五棱镜扫描法在波前检测中的应用

为了实现高精度大口径平行光管波前检测,评价平行光管出射波前质量,提出了采用差分五棱镜扫描波前检测方法检测平行光管.该方法为五棱镜扫描法的优化方法,通过测量波前斜率的改变得到波前曲率的信息来重构波前,从而消除由于五棱镜扫描法波前检测中质心标定不准确而引入的倾斜和离焦的误差量.通过搭建差分五棱镜扫描法波前检测系统验证了此方法的可行性,并给出差分五棱镜扫描法误差分析说明此方法可靠性.误差分析表明,该方法检测精度可以达到10.54 nm;实验结果表明,该方法相比于五棱镜扫描法分别在波面峰谷值(PV)和均方根值(RMS)的重复性精度上提高了74.41%和125.81%.该方法基本满足平行光管波前检测精度高、稳定性好的要求,可以客观准确地评价平行光管出射波前质量.     

基于旋转双棱镜的光束复合跟踪控制技术

提出一种基于旋转双棱镜的光束复合跟踪技术,用于取代传统伺服转台实现精密的光学跟踪。首先,建立双棱镜的光束偏转模型,详细推导光束偏转矢量与双棱镜转角间的转换关系,并对跟踪过程中的棱镜旋转非线性问题进行了分析。提出基于快速反射镜进行光轴修正的双棱镜光束复合跟踪方法,通过建立偏转光轴与光学基台间的扰动耦合关系,实现了对双棱镜转速的实时补偿,并改进棱镜控制器以提高光束控制性能。搭建实验系统,对旋转双棱镜复合跟踪技术进行验证。在动态跟踪实验中,采用改进控制器的双棱镜的控制精度明显提高,相较于比例-积分-微分控制器和线性自抗扰控制器,所提出的改进控制器使棱镜的控制精度分别提高58.33%和32.81%,并使跟踪误差由改进前的49.03μrad和38.88μrad降低为31.15μrad。开启视轴补偿后跟踪性能进一步提高,总跟踪误差降至7.49μrad,跟踪精度提高4.16倍。实验结果表明,光束复合控制能有效提高双棱镜的跟踪精度,验证了所提方法的有效性。     

五角棱镜角度误差对建立大尺寸平面基准的影响

用一准直光束作为基线，通过９０°折转的五角棱镜扫描，建立一个参考基准面在大尺寸测量中是一种行之有效的方法。在理想条件下，五角棱镜的折转角不受入射角的影响。由于有加工误差，光束的折转角将偏离９０°，且入射光线与扫描轴间的角运动也会影响该偏转角。本文分析了五角棱镜角度误差和扫描精度对光束折转角的影响。结果表明，五角棱镜的制造误差和工作状态将引起测量带误差，该误差是一个固定的系统误差，可以通过预先对所用的五角棱镜进行标定，在数据处理中予以修正。实验结果表明，修正后的结果具有很高的精度     

角锥棱镜和柱面镜的技术表述与检测

针对近年来应用颇多的两种较特殊的光学元件——角锥棱镜和柱面（透）镜技术表述的不同形式,为使之逐渐趋于规范和统一,参照国外现行的一些技术要求以及国内公司几年来实施的具体事例,给出若干说明、建议、指标和数据处理方法,尤其推荐用光束平行差的均方差来替代最大光束平行差的指标,是评定角锥棱镜技术特性中一项关键的新指标。     

基于速度比的光楔扫描轨迹选取方法

基于非近轴光线追迹算法对光楔扫描系统的正向问题进行求解,得到不同速度比下的花瓣形扫描轨迹。根据光楔转速和取样间隔计算轨迹点数,根据轨迹点与坐标原点的距离曲线的极小值点个数计算花瓣数,进而建立由速度比计算花瓣数的关系式。通过轨迹点数和花瓣数评估不同速度比对应的扫描轨迹的扫描时间和覆盖率,总结扫描轨迹与速度比之间的规律,提出三光楔扫描系统获取规则、对称且不存在大片扫描盲区的扫描轨迹时速度比需要满足的条件。所得规律和结论可在光楔扫描系统的应用中合理确定速度比,从而选取满足扫描效率要求的扫描轨迹。     

基于Wollaston棱镜的大角度液晶光束偏转系统

设计了一种能够应用于空间光通信的大角度高精度光束偏转系统。系统采用液晶空间光调制器(LCSLM)实现小角度光束偏转,采用多Wollaston棱镜级联实现角度放大。介绍了LCSLM和Wollaston棱镜的光束偏转原理,并对大角度高精度光束偏转系统进行了仿真分析。仿真结果表明系统能够实现角度范围为±13.25°的光束偏转。国内首次提出运用Wollaston棱镜来实现大角度的光束偏转。     

双光束干涉法测量双棱镜的楔角

在双光束干涉实验中测量出干涉条纹间距,在波长已知的条件下计算出虚光源的间距。利用光的折射定律可推导出虚光源间距和双棱镜的楔角的关系,从而计算出双棱镜的楔角。     

基于粒子群算法的旋转双棱镜指向误差校正方法

旋转双棱镜系统具有扩大视场的特点,在大视场、高精度目标跟踪领域具有广泛的应用前景.通过增大棱镜顶角可以提高视场放大倍率,但同时增大了系统装配误差对目标指向精度的影响.针对大顶角旋转双棱镜系统指向精度不高的问题,提出一种基于粒子群算法的旋转双棱镜指向误差校正方法,搭建了棱镜顶角为14.85°、棱镜折射率为1.515的旋转...     

基于Lighttools的太阳能电池聚光棱镜的结构优化

太阳能电池聚光棱镜的聚光效率是影响光能利用率的关键因素之一。对某型太阳能电池聚光棱镜的结构进行分析,利用Lighttools照明软件中的光源模拟太阳光并建立棱镜模型和接收面,对棱镜几何结构和入射光线角度等参数进行优化设计,最终使棱镜的聚光效率提高了4倍多,聚光效率达到97%。优化后的太阳能聚光棱镜可应用于多种太阳能电池组件中,可提高太阳能电池光能转换效率。     

微光束平移尼科耳棱镜的设计

从惠更斯原理出发,根据e光在晶体中的传播特性,从理论上详细分析了光平行于常规尼科耳棱镜长边入射时透射光相对入射光的平移并得出了光束平移的公式.通过分析发现,随结构角γ的增大光束平移量d变小的趋势十分明显.运用数学方法求出了一种光束平移量最小的尼科耳棱镜形式.     

基于透镜畸变效应的仿人眼扫描系统设计

仿人眼扫描具有旋转与尺度不变性、背景信息压缩及变分辨率信息采集等优点,但传统的仿人眼扫描方法存在系统结构复杂、扫描速度慢等缺点,提出一种基于透镜畸变实现扫描环增长,采用阿贝棱镜旋转实现对目标视场扫描的仿人眼扫描方法。利用透镜畸变对不同视场下入射光斑进行放大,进而实现仿人眼光斑结构。通过物像关系求解透镜初始参数,将仿人眼扫描光斑的环间增长系数作为透镜畸变优化目标函数,对透镜参数进行非球面优化,获得透镜结构参数。设计的仿人眼扫描系统焦距为14.24 mm,工作距离为25 mm。仿真结果表明:入射高度为20 mm的1×16线阵激光能够对直径为27.66 mm的像面实现16环仿人眼扫描,扫描光斑的最大环增长系数为1.08。相比于传统仿人眼扫描方式,此文提出的方法具有成本低、结构简单、扫描速度快等优点。     

提高棱镜制造精度的方法

应用干涉测量技术对制造棱镜时所用的光胶垫板、光胶长方体和棱镜光胶盘被加工表面与光胶垫板基准面之间的平行度进行测控,以达到提高棱镜制造精度的目的。     

格兰-泰勒棱镜空气隙厚度的测量

为了测量格兰一泰勒棱镜空气隙的厚度,分析了棱镜对单模高斯光束的影响.结果表明.经过棱镜后的透射光强随着光束在棱镜端面上的入射角变化呈现周期性的振荡,且振荡特性与入射光的波长,光强分布特性、棱镜结构角及宅气隙的厚度有关.对于给定波长的入射单模高斯光束,由于棱镜的结构角在棱镜胶合之前可以精确测得,所以通过分析这种振荡特性便町以得出棱镜空气隙的厚度.据此设计实验.测出了透射光强随入射角的周期性变化关系.利用计算机编程.間隔改变0.0001 mm作为理论计算中的空气隙厚度的取值.计算实验测得的透射光强振荡周期与理论计算值的相对偏差的平均值,对于样品棱镜,当该值为4.35%时取值最小,此时对应的空气隙厚度为0.0143 mm.