衍射光学元件车削补偿技术的研究

超精密单点金刚石车削加工是高精度衍射光学元件制造的重要方法,但是以往的加工方法是直接一次车削加工成型,无法实现具有加工-检测-补偿加工-检测的闭环控制特点的超精密加工,从而导致零件精度较低。针对这种加工技术的缺陷,通过研究衍射光学元件金刚石车削过程和面形状误差补偿,对表面轮廓仪实际测量的轮廓数据进行处理,计算出实际车削曲线与理想曲线之间的法向残余误差,以此获得新的金刚石车削加工轨迹,实现衍射光学元件的超精密闭环控制加工。利用单点金刚石车床对口径78的衍射光学元件进行补偿加工试验,最终使其PV值由10.4 m经过一次补偿加工后降为4.3 m。     

液体表面波物理特性及其光学效应的研究

实验发现了表面回波对衍射光的干涉现象，波矢量随位置变化及表面振动模式与表面相有关．考虑波矢量变化特性后，给出了表面波色散关系的修正公式及回波干涉规律．观察了表面波的光栅衍射效应，同时测量了表面张力、波矢量变化率及随温度的变化     

光学相干层析成像色散补偿研究

针对通过增加光源谱宽度来提高光学相干层析成像系统分辨率时样品色散特性的限制作用,分析了色散与光学相干层析成像系统纵向光程分辨率的约束关系.根据物质色散特性,采用数值变换方法对光学相干层析成像相干成像信号进行了色散补偿.实验使用了中心波长1550nm自激发辐射光源和光纤迈克尓逊干涉结构,对水和光学快速扫描延迟线引入的二阶和三阶色散进行了数值补偿并通过相位修正因子来改善补偿效果.确定了一种普适的、快速的数值色散补偿方法.在对水中盖玻片和生物组织和的光学相干层析成像图像的色散补偿实验中取得了良好的效果,证明了方法的可行性.     

光学相干层析成像色散补偿研究

针对通过增加光源谱宽度来提高光学相干层析成像系统分辨率时样品色散特性的限制作用,分析了色散与光学相干层析成像系统纵向光程分辨率的约束关系.根据物质色散特性,采用数值变换方法对光学相干层析成像相干成像信号进行了色散补偿.实验使用了中心波长1 550 nm 自激发辐射光源和光纤迈克尓逊干涉结构,对水和光学快速扫描延迟线引入的二阶和三阶色散进行了数值补偿并通过相位修正因子来改善补偿效果.确定了一种普适的、快速的数值色散补偿方法.在对水中盖玻片和生物组织和的光学相干层析成像图像的色散补偿实验中取得了良好的效果,证明了方法的可行性.     

基于液体透镜的仿生视觉光学成像系统

随着机器视觉技术在先进制造系统、机器人系统、智能监控、航天军工等领域的广泛应用,仿生视觉系统的小型化、灵巧化成为研究的重要方向之一。针对传统机器视觉系统变焦结构复杂、易磨损、寿命低等缺点,在分析液体透镜原理和成像特点的基础上,设计并搭建了一种基于液体透镜的仿人眼光学系统,系统的主要技术指标为:焦距范围18.5 mm~22.5 mm,镜头变倍比为1.22,视场角为38°×24°。设计结果符合各项指标,像质在不同焦距处均满足使用要求,可实现实时对焦。整个光学系统尺寸为36 mm×55 mm×30 mm,结构紧凑,实用性强。     

系统中基于快速扫描光学延迟线的色散补偿

分析了光学相干层析成像(Optical Coherence Temography,OCT)系统中色散失配对系统纵向分辨率的影响,详细阐述了快速扫描光学延迟线(Rapid Scanning Optical Delay Line,RSOD)的色散性质,提出并采用基于RSOD的色散补偿方法,实验验证了这种色散补偿方法能够实现OCT系统的纵向分辨率接近于理论值,并因此得到了高质量的OCT图像.     

双液体透镜变焦系统的高斯光学分析

液体透镜是一种新的光学元件,它实现了无机械变焦,给变焦系统的设计提出了一种新的概念。使用一种比较少见的口径较大的液体透镜组成变焦系统。对液体透镜的原理进行了介绍,对液体透镜变焦系统的设计方法进行可行性分析,给出了各种设计方案,使用Zemax对变焦系统进行仿真。针对大视场给出使用了前置透镜组的方案,得到了一个视场60,变倍比6.2倍的变焦系统。     

基于计算机视觉的光学目标自动定位系统

本文运用计算机视觉检测技术,提出了一种新的光学目标自动定位系统,导出了自动定位数学模型,分析了定位精度.运用计算机视觉定位技术开发的ZYZ-620PCB自动定位钻机.定位钻孔精度优于25μm.实践表明,计算机视觉光学目标自动定位系统具有高精度、快速实时的优点,在工业领域必将有广泛的应用前景.     

高精度基准平面建立方法分析

基准平面的确立,是进行表面参数评定的基础;建立理想的基准平面,在几何量形位公差检测及相关工程测量方面具有重要作用.为了建立高精度的激光扫描基准平面,对扫描平面形成过程中光束的传播进行了详细分析;根据光学矢量反射定律,推导出了扫描误差的理论公式;在此基础上揭示了误差补偿的基本原理,导出了用于补偿扫描机构产生的扫描误差的理论公式;提出了据此准则进行设计的扫描机构的模型.分析表明,用激光及其扫描装置建立光学基准面时,扫描误差是不可避免的,这种误差不加补偿,则最终将引入基准光学平面影响基准精度,进而降低参数的评定精度;借助于所推导的误差补偿公式,是可以补偿这种误差的,这对于建立高精度的扫描基准平面具有理论指导意义.     

匹配液的折射率对光纤定向耦合器分光比的影响

本文从理论和实验二个方面研究了光纤定向耦合器中使用不同折射率的匹配液对其分光比的影响。做出了分光比在1/1～1/30之间变化的光纤定向耦合器。     

带补偿电极的高消光比定向耦合器开关

研究了对称结构定向耦合器开关的工作原理 ,用正交模理论结合制造工艺条件分析了影响对称结构定向耦合器开关消光比的因素。提出了提高对称结构定向耦合器开关消光比的方法。理论分析及模拟计算结果表明 :在对称结构定向耦合器开关的分支区加上一对补偿电极后可以获得较高的消光比。     

五角棱镜补偿法加工工艺研究

由于五角棱镜两B棱的投影夹角对第二光学平行差影响倍率较大且加工过程中无法测量该夹角,从而导致棱镜加工合格率较低。通过分析侧面垂直度误差及Δ45°对五角棱镜光学平行差的影响,提出一种新的五角棱镜加工工艺方法:利用最后一个加工面对前3个已加工面存在的角度误差进行一次性补偿,从而降低了对各加工面的加工误差要求。实践证明:该方法能够有效地提高五角棱镜加工的合格率和生产效率,减小加工难度,并能显著降低对加工和检测设备的精度要求。     

基于液晶相控阵的聚焦式相干合成建模及性能

提出一种相干激光聚焦式传输进行相干合成的方法。通过液晶相控阵波束方向控制技术,可以在目标区域内的任意位置进行相干合成。基于实际参数,建立相干合成理论模型,在此模型下5束相干激光在距离为100 m、坐标为2 m的位置进行相干合成后,激光的峰值光强增加到单束激光的16.9倍。研究了目标区域内不同位置的峰值光强变化规律,分析发现光束抖动的直接原因是出射激光的相位面产生畸变,深层原因是电压量化引起的相位延迟误差。量化位数小于16时,增加量化位数可以显著减小位置误差,提高峰值光强;量化位数大于16时,量化位数不再是位置误差的主要原因。传播距离大于5000 m时聚焦式相干合成可等效为平行式相干合成,N束激光合成后峰值光强接近单束激光的N2倍。     

Reconfigurable optical multiplexer based on liquid crystals for polymer optical fiber networks

In this work, different novel 3×1 multiplexer structures for being used in polymer optical fiber networks are proposed. Designs are compact, scalable, and of low consumption, capable of operating in a large wavelength range simultaneously 660, 850, and 1300 nm, due to the use of nematic liquid crystal cells. Light that comes from each input port is handled independently and eight operation modes are possible. Control electronics has been made using a programmable integrated circuit. Electronic system makes available the managing of the optical stage using a computer. An additional four optical sensors have been included for allowing the optical status checking. Finally, a polarization independent multiplexer has been implemented and tested. Insertion losses less than 4 dB and isolation better than 23 dB have been measured. In addition, 30-ms and 15-ms setup and rise times have been obtained. The proposed multiplexer can be used in any polymer optical fiber network, even in perfluorinated graded index one, and it can be specially useful in optical sensor networks, or in coarse wavelength division multiplexing networks.     

光学系统实现热补偿的通用条件

运用光学系统的近轴成像公式，推导出微分形式的物面位于任意位置时热补偿的通用条件，包括薄单透镜、密接薄透镜组和分离薄透镜组等不同情况。推导过程中假设物面位置不随温度发生变化，并且忽略分离薄透镜组中各组分上光线入射高度随温度的变化。利用推导的条件建立了像距的归一化温度变化率与各透镜光热膨胀系数之间的关系，指出所得到的条件具有更加普遍的意义，能够指导机械和伺服控制系统的工程设计，并且在物面位于无穷远时与目前普遍采用的热补偿条件相吻合，即光学系统的光热膨胀系数等于壳体的热膨胀系数。     

Space radiation effect on fibre optical gyroscope control circuit and compensation algorithm

The process of a γ-irradiation experiment of fibre optical gyroscope （FOG） control circuit was described, in which it is demonstrated that the FOG control circuit, except for D/A converter, could endure the dose of 10krad with the protection of cabin material. The distortion and drift in D/A converter due to radiation, which affect the performance of FOG seriously, was indicated based on the elemental analysis. Finally, a compensation network based on adaptive neuro-fuzzy inference system is proposed and its function is verified by simulation.     

Matrix coupled mode theory model of strongly-coupled multiwaveguide optical nonlinear directional couplers

This paper discusses an improved coupled mode theory model for the nonlinear directional coupler in the strong-coupling range. A new single-line matrix equation is derived for the multiwaveguide case. For the two-guide case, a new critical power formula and two exact identities are derived. Interrelation between the overlap integral and nonlinear cross-coefficients is demonstrated. It is shown that inconsistent inclusion of these terms in previous approaches leads to inaccuracies. Results obtained by consistent inclusion of these terms and our critical power formula show a great improvement in accuracy over previous analyses in strong-coupling.     

基于BP神经网络的焊点自动光学检测

提出了一种新的表面组装焊点的自动光学检测分类方法。采用单层环形光源获取焊点图像,并根据归一化分割曲线方程将焊点图像分成四部分,分别提取其特征。使用BP神经网络将焊点按照锡量多少分成三类:少锡,容许和多锡。实验结果证明该方法分类正确率达到了99.2%,具有较高的实用价值。