迈克尔逊干涉光谱仪动镜倾斜误差容限分析

系统分析了迈克尔逊干涉光谱仪中平面动镜在运动过程中发生倾斜致使反射光束偏转时对干涉图的影响.结果表明,光束偏转带来的误差分为三部分：光束偏转导致整体增加的恒定光程差,垂直光轴方向因不同光线而引入的偏移光程差以及偏转光束中心相对于光轴的偏移量.从调制度和相位误差角度给出了平面动镜倾斜误差容限,并讨论了减小干涉图受光束偏转影响的方法.     

基于入瞳中心标定的位相测量偏折术光学元件曲率半径测量

对于传统的相位测量偏折术,基于反射定理的测量原理导致其难以完成具有大陡度的大曲率元件曲率半径全口径测量。因此,传统单目偏折术与平面反射镜相结合的测量方法被提出。然而,现有的测量方法中需将安装于显示器上的平面反射镜严格处于45°倾斜状态,并在水平方向与相机光轴的夹角为45°,这无疑使实验装置的调整难度大大增加。提出了一种基于成像透镜入瞳中心标定的测量方法,该方法只需要利用显示器的平移来获得成像相机的入瞳中心即相机的投影中心,而无需精确调整相机和平面反射镜的姿态,操作简单,易于实现。实验中测量了曲率半径均值为8.262 mm的凸球面光学元件,测量得到其每点的平均曲率半径均值为8.321 mm,PV为0.212 mm,相对误差约为0.71%。相比于现有的正入射光路,所提方法不仅实验装置调整难度低,而且还能保证较高的实验测量精度,验证了该方法的可行性。     

分光计粗调遗留偏角的允许限度与分离偏角自准法

在运用自准法进行调整之前，通过目测粗调，使望远镜光轴的仰角及载物台上平面镜（即平行平面平晶）与分光计中心轴的夹角尽可能减小，使此二偏角均小于允许限度，这是很重要的一步，往往对全过程是否进展顺利影响极大．但是目测粗调毕竟是粗略的，必然存在遗留偏角．因此分析一下偏角的允许限度是必要的．如图1，设分光计中心轴铅直，a为望远镜准直用的出射平行光束偏离水平面的仰角，q为载物台上准直用的平面镜偏离中心轴的倾角．当平面镜随载物台旋转180后，反射光束与人射光束之夹角就由2变为，反射光的方向就改变了y—4p；由图2可知，…     

直角棱镜平面反射衰减在激光光束诊断中的应用研究

论述了普通光学元件-直角平面反射镜在激光光束诊断中的应用,提出了利用直角棱镜的直角面反射进行光能衰减,详细论述了采用该方法进行光能衰减的可行性,分析了平面反射衰减法在激光束诊断中对测光束的影响,讨论了激光束发散角在直角面反射中的影响,结合半导体光束诊断进行了应用分析.实验证明,该方法结构简单,误差小,调整方便,利用普通反射棱镜直角面衰减即可满足激光强度的匹配要求,实现了待测激光束的无失真取样,达到了很好的测试效果.     

双波段成像光学系统调焦过程的成像误差分析

双波段成像光学系统要达到像素级图像融合,两幅待融合图像间的空间差异要保证在一个像元范围内,因此必须从光机结构设计的层面上保证两个成像光学系统的光轴平行性达到所要求的精度。而由于制造、安装等误差的存在,光学系统在调焦过程中不可避免地会导致其光轴发生偏移。运用Zemax对调焦过程中影响光轴平行性的因素进行了仿真分析,并对光学系统进行了建模、成像误差分析与计算,最后得到了红外系统中可调焦镜片和可见光系统的最大容许安装误差,对于实际光学系统的装调具有一定的指导意义。     

分光计实验中望远镜的快速调节方法——台先镜后法

在分光计实验中,调整望远镜光轴与分光计主轴大致垂直是最关键、最难调的一步．实验中容易观察到平面镜一个面反射回的“十”字像,却较难调出两个面反射回的“十”字像．本文利用光路图进行了分析,提出了一个快速、有效的调整方法——台先镜后法．     

分光计调整实验中望远镜的调整技巧

在分光计的调整实验中,需要调整望远镜光轴与分光计的中心轴垂直,这一步是最关键、最困难的步骤．对于实验中经常出现的只能观察到一个“十”字叉丝反射像的问题,从光路上进行了详细的分析,提出了一个新的简单有效的调整方法,还给出了调整望远镜的完整流程图．     

基于位相测量偏折术的高精度检测平面光学元件面形的方法

针对位相测量偏折术（phase measuring deflectometry,PMD）在光学元件面形的高精度检测中存在面形低阶误差控制困难等问题,介绍了位相测量偏折术检测平面光学元件面形的基本原理,对有关PMD技术的面形改进重建算法、相对检测和四步剪切的系统误差扣除方法的研究进展进行了阐述,分析了基于PMD技术实现对口径398.7 mm×422.8 mm平板玻璃的拼接检测以及平面元件中可能存在的寄生反射影响的消除方法。指出建立的6相机斜率拼接检测系统的检测精度RMS可达1 μm,利用多频条纹法和二值条纹法可有效地消除寄生反射的影响,为大口径光学平面元件的前、后表面面形高精度检测提供一种可行的方案。     

光通信系统中分光系统光学调整的误差分析

在平行光路中,光学系统的光学元件的误差或微量运动可抽象为绕定点的微量转动,其成像关系可归结为在微量转动下物像共轭关系的依次迭代,利用光学系统这种动态成像关系的思想,建立一个统一的光学调整及误差分析的数学模型。利用此模型分析光通信系统中分光系统的机械安装误差对系统的影响,建立每个反射镜的机械调整坐标,从理论上指导分光系统中每个反射镜的机械调整,最终使通信激光发射系统和精信标激光接收系统的光轴平行度达到5。     

基于成像清晰度函数的非球面反射镜位置校正实验研究

在具有双曲面、抛物面或椭圆面反射镜的成像光学系统中,反射镜的位置误差通常具有对成像质量影响灵敏的特点.因此,在该类光学系统装调或工作过程中反射镜位置存在误差时需要对该反射镜进行精确调整.目前,反射镜位置校正的方法多基于对系统波前误差的测量,从而判断其位置误差.然而在系统工作过程中可能无法进行光学系统的波前测量,或者需要复杂的光学系统才能实现波前误差的测量.本文以焦平面图像清晰度作为评价函数,采用随机并行梯度下降算法对反射镜位置进行调整,使系统成像质量达到最佳.针对迭代过程中反射镜位置发生变化时图像偏离探测器靶面而无法探测的问题,本文采用了一种反射镜垂直光轴平移和旋转相结合的调整方法.在保证图像位置不变化的条件下对系统像差进行校正.室内实验验证了该方法具有可行性,校正后的成像质量达到衍射极限.     

分光仪调整中干涉现象的分析与应用

描述了在分光仪调整实验中观察到的干涉条纹现象,并且当转动平行平板玻璃时,该干涉条纹有粗细疏密变化.本文从理论上分析了产生干涉条纹及干涉条纹疏密粗细变化的原因.在已知平行平板玻璃的厚度和光的波长的情况下,可应用该现象测量平行平板玻璃折射率,给出了折射率的计算方法,对结果进行了数据处理及误差分析.     

激光干涉仪应用于无导轨测距的研究

本文提出了一种使用外差激光干涉仪实现无导轨测距的方法.该方法动态跟踪测量反射镜,使测量信号不中断,实现反射镜在一定范围内的非直线运动.这样,拥有双频激光干涉仪的用户,再添置一台比较简单的跟踪装置,即可用于无导轨测距,测量精度可远高于通用测距仪,为大型设备现场组装和安装提供了新方法.本文介绍了工作原理及实验情况.     

折/衍混合LWIR凝视成像系统的杂散光分析

本文对一折/衍混合长波红外(LWIR)凝视成像系统进行了杂散光分析,在此LWIR系统中,含有一个用金刚石车削技术制作的衍射光学元件(DOE)。本文中,对DOE的不同衍射级次、光学表面的多次反射、镜筒内壁的反射等主要杂散光源利用LightTools软件进行了分析,对6种二次反射的模拟结果表明,对归一化的光源,理想光路的像面辐照度为100 W/mm2,每种二次反射会给像面带来0.01W/mm2的辐照度;对于反射率为10％的镜筒内壁,带来的像面辐照为0.01W/mm2。并利用该LWIR凝视成像光学系统进行了相关实验,实验结果证明了上述分析的正确性,有利于对LWIR凝视成像系统光学性能的进一步理解和杂散光的抑制。     

基于高阶统计特征的FY-2气象卫星全视场杂散光估计

在分析FY 2VISSR杂散光成因的基础上,对其中的主要部分,即折镜直接反射形成杂散光的物理过程进行了建模。提取了特定区域目标的高阶统计特征,通过对地球圆盘外区域杂散光特征的学习,得出了系统杂散光作用矩阵A的总体最小二乘解,并将其推广到地球圆盘区域内,得到了在该模型下对全视场杂散光的有效估计。分析结果表明:对于红外和水汽通道而言,地球圆盘区域外的杂散光反演误差均值小于1bit,可见光通道反演出的杂散光日变化相对稳定,且各通道去除杂散光后图像的目视效果有了很大的改观。该估计方法有望在近期进入FY 2B及其后续卫星的业务运行中。     

太阳能槽式系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响

针对太阳能槽式系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响进行了理论、模拟和实验研究。研究结果表明,平行光下反射镜玻璃越厚,入射光线距光轴距离越远,ΔX、ΔY越大。对焦距为1200 mm,反射镜玻璃折射率为1.6的槽式系统进行了理论计算,玻璃厚度为1 mm的反射镜,当距光轴距离为200 mm和2000 mm时,ΔX为0.03 mm和1.69 mm,ΔY为0.19 mm和0.31 mm;当距光轴距离仍为2000 mm时,玻璃厚度为5 mm的反射镜,ΔX为8.41 mm,ΔY为1.55 mm。通过TracePro模拟以及实际实验测量,结果与理论计算相符。     

光学读出红外成像中面光源影响下的光学检测灵敏度研究

在光学读出红外成像的理论分析中, 通常将具有一定实际尺寸的非相干面光源简化为理想点光源, 导致了分析误差. 本文建立了面光源模型, 通过夫琅禾费衍射理论, 研究了面光源影响下的光学检测灵敏度, 发现了光学检测灵敏度随光源半径和焦平面阵列反光板长度的变化关系, 提出了面光源影响下的光源尺寸和反光板长度的优化设计准则. 针对理论分析, 进行了实验验证, 测试结果与理论分析一致. 关键词： 面光源 光学读出 焦平面阵列 非制冷红外成像     

微型拉曼光谱仪杂散光分析及抑制方法的改进

作为一个微弱光信号探测系统,拉曼光谱仪中的杂散光分析可以为其设计提供较大帮助。针对微型拉曼光谱仪系统,结合光学设计和三维建模优化了其光机结构,系统分辨率为0.7 nm,体积为110 mm×95 mm,属便携式微型拉曼光谱仪,并基于杂散光分析软件TracePro对系统进行了光线追迹和仿真分析。首先通过优化孔径光阑初步抑制了入射处带来的杂散光,然后针对系统内部的主要杂散光(光栅零级衍射光)抑制装置即光学陷阱进行了详细分析和设计改进,改进后的光学陷阱较改进前更有效地利用了光谱仪内部空间,且分析结果表明改进后的光学陷阱将杂散光线数量减少了50%,杂散光归一化辐照度强度从10-5降低至10-7,在微型化的同时可有效抑制微型拉曼光谱仪系统中的杂散光,将更加有利于微弱信号的探测,为微型拉曼光谱仪的设计和装调提供了参考。     

基于椭圆检测的离轴抛物镜定心装调方法

针对一种高精度线偏振辐射计的离轴抛物镜定心装调问题,提出了基于椭圆检测的定心装调方法。逆光路使视场光阑在相机焦面成像为光斑,采集视频图像,使用基于最小二乘拟合法的椭圆检测方法得到光斑中心运动轨迹,从而得到离轴抛物镜的光轴倾斜误差。编写装调专用辅助软件用于相机控制和图像的处理、显示,实现定心装调的定量化可视化。技师通过观察软件界面中的光斑中心轨迹的变化,判断装调的方向和力度。经验证,该方法使定心装调误差检测精度不再受限于人眼观察,有效地指导了技师装调,最终装调误差由1.33降到0.3,满足装调需求。     

Usage of Ray Tracing Transfer Matrix to Mitigate the Stray Light for ITER Spectroscopy

Stray light formed by the reflection of photons on inner wall from a bright divertor region can be a serious issue in spectroscopic measurement systems in ITER. In this study, we propose a method to mitigate the influence of stray light using a ray tracing analysis. Usually, a ray tracing simulation requires a time consuming runs. We constructed transfer matrices based on the ray tracing simulation results and used them to demonstrate the influence of stray light. It is shown that the transfer matrix can be used to reconstruct the emission profile by considering the influence of the stray light without any additional ray tracing runs. Mitigation of the stray light in ITER divertor impurity monitor was demonstrated, and a method of prediction of the stray light level for the scrape off layer spectroscopy from divertor region was proposed. (© 2016 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

实现均匀照明的自由曲面反射器

通过单个自由曲面反射器的反射,令光源发出的能量重新分布,在特定照明面上实现所需照明,从而简化了投影设备中的照明系统,使设备的进一步小型化成为可能。根据给出的光源辐射特性和所需实现的照明面上的能量分布,可得到一组偏微分方程,数值差分求解直接得到自由曲面反射器。光源采用发光面积1 mm×1 mm朗伯体发光的LED,视角为120°,照明面为4:3的均匀矩形光斑。设计了两种自由曲面反射器,并用软件对得到的曲面进行了照明模拟,模拟得到的照明均匀性接近90%。两种反射器在光轴方向上的投影尺寸均小于25 mm,垂直光轴方向上投影长度均小于22 mm,照明系统总长均小于40 mm,结构紧凑,适用于小型LED投影设备。