自由曲面LED汽车后位置灯的光学设计

为使汽车在夜间行驶时能够被别的车辆识别,避免交通事故的发生,设计了聚光器带有花纹的新型后位置灯光学系统。基于非成像光学理论,采用照度优化方法,利用公式计算自由曲面反射镜各个点的坐标值。根据法规对后位置灯的配光要求,合理划分反射面,使其达到配光要求。通过蒙特卡洛方法对光线进行追迹,实验模拟结果显示：配光效果达到国家标准GB5920-2008对后位置灯各个测试点的照度要求,设计的新型结构使光型出光更加均匀,避免了亮斑的产生。     

广角任意反射面速度干涉仪的光学性质研究

研究了广角任意反射面速度干涉仪(VISAR)的光学性质。阐述了广角VISAR的原理,指出广角诊断靶中椭球镜的作用是将靶丸内表面成虚像在靶丸中心附近。使用Zemax模拟了成像弯曲对动态干涉条纹形成的影响,提出使用异形光纤面板进行像面矫正。研究了工程误差对干涉仪成像的影响,若要取得良好的成像效果,椭球镜的位置偏差不得多于30 μm,倾角不得超过4°,长轴方向加工误差需小于0.1 μm,短轴方向误差需小于4 μm,镜面反射率应高于70%。讨论了广角VISAR光学研究的进一步发展方向如影响动态条纹的更多可能因素、像面矫正的其他方法、物与像面的光学对应等。     

基于ADB汽车前照灯的光学设计

为了避免由于远光灯使用不当而产生的一系列交通事故，且带给驾驶员更好的驾驶体验，设计了具有可以主动调整远光光束分布的自适应远光系统—ADB(adaptive driving beam)。基于非成像光学理论，采用照度优化设计法，通过计算来合理划分区域，控制相应LED的亮灭，以此达到不同远光光型的实现。通过蒙特卡洛模拟法追迹光线，测试结果表明:配光结果满足现行仅有的对自适应远光(ADB)配光规定，且当全部LED工作时，照度最大值为111 lx，模组光学系统效率为35.7%。     

多椭球投射式LED前照灯光学设计

LED光源具有寿命长、点亮速度快、节能等优点,非常适合作为新一代的汽车前照灯的主要光源。研究了使用LED光源和多椭球反射镜的投射式前照灯的设计方法,建立了光学系统模型。阐述了反射镜、挡板、透镜的设计思想。采用Cree xre-7090 LED作为光源,并在此基础上采用ASAP进行了计算机模拟。结果表明,可产生宽广但不高的光型,明暗截止线清晰。     

基于lucidshape的投影型前照灯的曲面设计

投影型前照灯是自适应前照灯AFS系统的硬件基础,利用逐次逼近法求解非球面透镜母线二元高次方程,建立非球面透镜数学模型,解决非球面曲面的母线方程求解复杂,不能显化反映非球面透镜已知参数间关系的问题;利用轴长渐变法实现双焦点多椭圆反射曲面从水平面到垂直面的光滑过渡,建立双焦点多椭圆反射面曲面方程,完成投影型前照灯反射镜面的设计。利用lucidshape软件建立投影型前照灯光学模型,并进行仿真实验,实验结果表明:利用逐次逼近法设计非球面透镜和轴长渐变法设计双焦点多椭圆反射镜面方法可行,设计出的投影型前照灯满足GB4599-2007及ECE R112法规的配光要求,提高了前照灯的照明质量,并降低了炫目效果。     

基于计算成像的端到端延展景深衍射元件的设计

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计,且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。     

基于石英晶片镀膜工艺的Ka波段天线副反射面设计与实现

卫星通信系统中使用频率选择表面作为抛物面天线的副反射面, 是实现频率复用、提高天线工作效率的有效手段. 本文运用模匹配法对频率选择表面单元进行分析计算, 并采用精细石英晶片镀膜工艺, 实现了Ka波段的频率选择表面构成的天线副反射面. 数值和实验结果均表明, 该反射面具有良好的角度稳定性及交叉极化特性, 同时通带内的插入损耗和阻带的回波损耗都处于较低水平, 保证了天线在其工作频带内的高增益. Ka波段的频率选择表面副反射面的研制顺应了当今卫星通信宽频带、窄波束和小型化的发展趋势. 关键词： 天线副反射面 频率选择表面 石英晶片 模匹配法     

基于软光刻的片间光学互连线路

设计并试制了由软光刻法转印,可敷设在印刷电路板上用于芯片间互连的光学互连线路。提出了一种新颖的端口耦合结构,并发现在耦合适配段长度与接收窗口的长度比值为12∶1时耦合效率最佳,且该耦合结构有效降低了对安装精度的要求;分析了该光学互连线路在交叉布线时的基本准则,获得对于不同横截面矩形波导结构在交叉布线时呈现的串扰与交叉角度的相关性,并发现在强束缚下交叉角度大于54°的交叉结构都能达到低串扰(小于-30 dB)。采用软光刻技术制作了上述高聚物波导光学互连线路元件,实验测量结果与设计数据符合较好。与传统的光刻或激光直写技术相比,软光刻转印具有制作简单,易于实现高聚物三维结构的大批量高精度复制。     

激光导引头中基于四象限探测器的光学设计

介绍了四象限探测器用于激光制导的工作原理,根据激光制导的技术要求和四象限探测器的工作特性,分析了基于四象限探测器进行空间定位的导引头中光学接收系统的原理及特点。依据系统指标,采用序列性光线追迹和非序列性光线追迹相结合的方法,设计了一种±4°线性接收视场内光斑均匀性大于75%,±1.5°接收视场内光斑均匀性大于90%的接收光学镜头,同时镜头在±4°线性接收视场内光斑直径偏差小于±0.05mm。镜头设计结果既满足设计要求又结构紧凑,对此类镜头的光学设计方法进行了探索总结^[1]。     

基于超材料角反射面的高增益高效率双圆极化Fabry-Perot天线设计

基于射线跟踪模型,提出了一种超材料角反射面结构,实现了Fabry-Perot天线增益和口径效率的提升.首先对基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线进行了理论推导和分析.然后,设计并分析了双圆极化馈源、基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线及其性能.最后,对所提出的Fabry-Perot天线模型进行了制造和测试.结果表明,该天线的左圆极化增益和右圆极化增益分别为21.4 d Bi和21.3 d Bi.相比馈源天线,增益分别提高了16.4 d B和16.3 d B.与传统Fabry-Perot天线相比,所提出超材料角反射面同时充当了反射面和相位校正面,实现了对Fabry-Perot天线边缘电磁波的有效调控.所设计Fabry-Perot天线工作在2.8 GHz频段,具有高增益、高口径效率和低旁瓣的优点,满足了太阳射电望远镜F107指数观测的需求.     

汽车前照灯用LED光源的光学设计

LED光源作为汽车照明系统的一门关键技术,LED汽车前照灯的配光设计是一个具有挑战性的研究课题。根据光通量及色度指标的要求选择LED光源,采用抛物面反射器并结合两者的偏移与旋转来分析光分布。每个LED光源拥有独立的光学系统,并负责配光屏上不同区域的照度,近光系统采用8个LED,远光系统采用10个LED。用CATIA三维设计软件画出组合反射器模型图,通过光学软件Tracepro反复调用不同的模型来追迹光线得到最后的配光效果。设计中无需配光镜、挡光板以及复杂的计算程序,设计周期短、配光效果好,给出的配光模拟照度值完全符合最新出台的GB4599-2007标准。     

带介质分布式Bragg反射镜结构高性能共振腔发光二极管的研究

采用等离子体增强化学气相沉积高低频交替生长法生长了SiO₂/Si₃N₄透明介质分布式Bragg反射镜(DDBR), 提出了对DDBR采用干、湿法并用的腐蚀方法. 采用传输矩阵法理论分析了DDBR, 得出了为满足出光增益要求的反射率和DDBR结构. 使用光致发光(PL)谱仪测量分析了DDBR反射谱和光致发光谱, 获得了使光致发光谱辐射增强的DDBR结构, 在整个光致发光谱380–780 nm波段, 整体辐射增强1.058倍, 在谐振波长处辐射增强1.5倍, 半峰全宽值由23 nm变窄为10.5 nm, 获得了很好的光谱纯度. 利用最优DDBR结构制成了高性能共振腔发光二极管器件, 与普通结构相比, 实现了低开启电压1.78 V; 在20 mA注入电流下, 轴向光强提高了20%, 光功率和光效分别提高了27.7%和26.8%, 光功率衰减缓慢; 在0–100 mA注入电流下, 没有明显的下降趋势, 表现出了良好的温度稳定性. 关键词： 发光二极管 共振腔 介质分布式布拉格反射镜 辐射增强     

激光投影显示中光棒匀光的照明光路设计

在方棒照明系统的基础上,根据激光光源的发光特性和准直性,设计了一款用于激光投影显示的,基于光棒匀光的照明光路系统。此系统具有结构简单、开发周期短、加工成本低的优点。仿真结果表明：设计的激光投影机光能量利用率达到78%,均匀度达到85%,满足激光投影显示中对集光和照明的设计要求。     

激光投影显示中光棒匀光的照明光路设计

在方棒照明系统的基础上,根据激光光源的发光特性和准直性,设计了一款用于激光投影显示的,基于光棒匀光的照明光路系统。此系统具有结构简单、开发周期短、加工成本低的优点。仿真结果表明:设计的激光投影机光能量利用率达到78%,均匀度达到85%,满足激光投影显示中对集光和照明的设计要求。     

Optical design and optimization of light emitting diode automotive head light with digital micromirror device light emitting diode

This research proposes a new method for light emitting diode automotive headlight design with digital micromirror device (DMD). The optical design is advanced because of the following features. First, this optical design controls the angle of light pattern without light masking so as to achieve much higher light efficiency compared with traditional optical design for headlight systems. Second, in view of the tendency that the advanced light emitting diode automobile headlight is designed to be a low beam light module and a high beam light still needs an auxiliary lighting system, the optical system designed in this research, mainly adopting DMD module as high/low beam light switch, can switch on and off both the high and low beam lights. Because DMDs function of accepting a bidimensional image, high/low beam light patterns can be determined by DMD. Third, a light pattern will be created and compensated simultaneously by DMD, which might replace mechanical adaptive front-lighting system in the future because DMD takes advantage of fast response and simultaneous compensation. Fourth, a design using a multiple reflection curved mirror is employed in this research to adjust light energy distribution; therefore, the articulation of the light pattern can be enhanced. For this method, experimental results of light efficiency are up to 85%, which is superior to current products in the market.     

Ka波段带状注相对论扩展互作用速调管放大器的分析与设计

带状注相对论扩展互作用速调管放大器是一种高功率、高频率的微波毫米波放大型器件, 具有广阔的应用前景. 本文分析了扩展互作用结构多间隙谐振腔的渡越时间效应, 推导了2π模场情况下谐振腔的能量交换系数和电子负载电导, 且通过计算表明工作在2π模式三间隙腔的电子负载电导是单间隙腔的9倍左右, 多间隙结构有利于提高器件效率. 利用三维粒子仿真软件, 对工作在Ka波段的带状注相对论扩展互作用速调管放大器进行了模拟研究, 采用宽高比为30:1的带状电子束以降低空间电荷效应, 在电子束电压为500 kV, 束流为1 kA, 轴向引导磁感应强度为0.8 T的情况下, 器件输出微波功率为190 MW, 频率为40 GHz, 器件效率为38%, 器件增益为69 dB.     

基于分形特征的复杂背景下扩展目标检测

将分形面积度量和分形拟合误差相结合,提出一种复杂背景下扩展目标检测方法。运用分形面积度量进行目标和背景的边缘检测,并结合扩展目标特性确定目标所在区域范围,实现初检。计算原始图像各像素分形拟合误差特征,并运用概率松弛迭代法进行分形特征增强,利用增强特征进一步抑制初检结果中的自然背景。最后运用数学形态学操作剔除背景粘连,实现扩展目标精确检测。实验结果表明:该方法能够有效、可靠地检测复杂背景下的扩展目标,并能较好保持目标的外形轮廓。     

复杂背景下扩展目标极形态分形分割算法

用极形态算子优化分形模型,提出了一种复杂背景下的扩展目标分割新算法。首先分析极坐标系中可变尺度形态结构算子的旋转缩放特性,并以此为基础进行极形态运算,再利用最小二乘法提取分形尺度误差进行二值化,然后进行边界跟踪,依据先验知识抑制背景团块,最后保留并填充面积最大的目标团块。仿真实验证明能够有效分割复杂背景下的扩展目标,并较好地保留了目标形状特征。