旋转多面体的研制工艺

在光学补偿式高速电影摄影中,因胶片在曝光的瞬间仍处于运动状态。为了消除图象与胶片之间的相对位移,而采用了光学补偿器。它可以使图象在曝光时间内随胶片做同步运动,达到二者相对静止,从而得到足够清晰的影象。旋转多面体亦称旋转棱镜补偿器,它是光学补偿器中最常用的一种元件。     

70毫米大画幅高速摄影机新型光学补偿器理论及实验研究

本文全面论述了70毫米大画幅高速摄影机光学补偿器。首先详细讨论了现有各种光学补偿器作为大画幅光学补偿器时存在的问题,提出了一种新型的输片轮内嵌旋转棱镜的两次成象大画幅光学补偿器,解决了由大画幅带来的各种问题。文中对新型补偿器原理及参数计算进行了较为详细的讨论。第二部分叙述了新型补偿器实验,在快门系数     

道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究

为了避免机载光电吊舱中共口径光学系统内部由于道威棱镜旋转引起的激光照射脉冲偏振态的变化,利用琼斯矩阵对道威棱镜的偏振特性与四分之一波片、半波片补偿道威棱镜旋转引起的激光脉冲偏振态变化进行了理论分析和实验验证。结果表明:线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时,激光脉冲偏振态变为椭圆偏振,偏振态发生变化;而激光脉冲首先通过旋转一定角度的四分之一波片与半波片时,可使通过道威棱镜系统的激光脉冲偏振态保持不变,且两波片旋转角度与道威棱镜旋转角度之间存在一种非线性关系。采用偏振补偿方法可有效避免机载共口径光学系统中道威棱镜引起的激光脉冲偏振态变化,提高激光脉冲能量利用率,降低激光脉冲后向散射抑制难度。     

分时偏振成像系统中光束偏离的补偿方法研究

分时偏振成像系统需要通过旋转检偏器获取场景的偏振信息(I, Q, U), 检偏器的前后表面间不平行(也称为楔角)将导致成像光束发生偏离且随检偏器旋转而旋转, 这将降低偏振成像系统的空间分辨率和偏振测量精度. 本文提出调整检偏器相对于入射主光轴倾斜角的方法来补偿上述光束偏离. 以格兰棱镜作为检偏器, 根据几何光学理论, 推导了分时偏振成像系统光束偏离的一阶近似补偿模型, 获得倾斜角与格兰棱镜楔角之间的函数关系, 并通过仿真模拟验证了该补偿方法的可行性和有效性. 研究结果表明, 将格兰棱镜置于汇聚光路中, 光束偏离的一阶误差可以通过调节格兰棱镜的倾斜角有效补偿; 倾斜角大小与棱镜折射率、楔角及棱镜距电荷耦合元件靶面的距离成正比, 与棱镜厚度成反比. 该结果为研制高精度分时偏振成像系统提供了切实可行的理论依据.     

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。     

像质补偿在高分辨物镜精密装调中的应用

根据高分辨物镜各个光学元件的实测数据,应用轴向补偿和旋转补偿法,在仿真精密装调过程中得到了物镜轴向补偿器的最优值和各元件的最佳旋转角度。仿真结果表明,在97.7%的置信区间内,物镜各视场波像差RMS值从补偿前的0.087λ(λ=632.8nm)减小到了补偿后的0.040λ。依据获得的参数对物镜进行了装调实验,结果表明,激光干涉仪测得的物镜各视场波像差RMS值介于0.050~0.082λ之间,基本达到了衍射极限的分辨率要求,验证了像质补偿方法的有效性。     

减小外差干涉一次谐波非线性误差的方法

为了补偿激光外差干涉纳米测量中的非线性误差,提出了一种减小非线性误差的一次谐波方法。基于全反射理论分析了镀膜实体角锥棱镜反射光偏振特性,并由此推导出角锥棱镜反射光偏振特性及测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转对激光外差干涉非线性误差一次谐波的影响模型。理论分析表明,测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转会减小非线性误差一次谐波,当测量角锥棱镜轴向旋转97°时,可使非线性误差一次谐波达到最小,约为原有非线性误差一次谐波分量的1/20倍。当激光器出射的两束线偏振光存在6°非正交误差时,镀膜实体测量角锥棱镜轴向旋转角度从0°增加到97°,非线性误差一次谐波由5.30 nm减小到0.30 nm。     

棱镜对色散补偿系统的时域ABCD矩阵分析方法

讨论了棱镜对的负色散效应,利用时域ABCD矩阵方法分析了高斯型光脉冲经棱镜对色散补偿系统的脉宽和啁啾的变化,指出输出光脉冲的脉宽是展宽还是压缩,与棱镜啁啾、棱镜间距和光脉冲在棱镜中传输的距离的取值有关.讨论了棱镜对色散补偿系统对脉冲压缩的最佳条件,指出此时输出光脉冲脉宽随棱镜啁啾的增大而骤减,且骤减程度随啁啾增大而逐渐削弱,最后趋于一稳定值.     

旋转棱镜的成盘加工方法

本文提出了以棱定位成盘加工旋转棱镜和旋转棱镜对称尺寸的简单计量方法。     

共孔径偏振耦合分光的旋转四分之一波片相位补偿技术

 在地平式折轴望远镜中开展自适应光学激光导星实验，研究了共孔径发射接收信标激光束偏振耦合分光效率随望远镜方位角和天顶角变化的补偿技术。提出了一种由四分之一波片和法拉第旋光器构成的相位补偿器，通过旋转四分之一波片以实时补偿由于望远镜旋转导致的光路相位延迟量的变化。数值计算表明，望远镜处于任意方位角和天顶角位置时，通过1°步长旋转四分之一波片，可使补偿后的偏振分光效率理论上达到99.90％以上。实验从原理上定性地验证了该方法的有效性。只要测量出镜面的相位延迟，便可计算得到望远镜处于不同方位角和天顶角情况下有效补偿所需的四分之一波片旋转角度，据此可建立实用的旋转波片偏振补偿装置。     

双棱镜改变写入Bragg波长的相位掩模技术

将一种可旋转的双棱镜引入到相位掩模技术中以改变光栅的写入Bragg波长.在该系统中,光纤光栅是由来自可旋转双棱镜所形成的波长为248 nm的紫外干涉条纹写入的,其中,相位掩模被用作 1级衍射光的分束器,通过双棱镜的旋转可改变两写入光束的交叉角.为了初始化Bragg波长的参考值,双光栅的顶角由相位掩模的 1级衍射角和双棱镜的折射率确定.因为在～100 nm范围内两光束的非对称旋转对光栅周期的改变是5×10~(-4) nm,双棱镜引入的光栅的闪耀可忽略.当Bragg波长的移位为1 nm时,棱镜最大的旋转角为～1 degree,最小的旋转角是～2.4 min.与Talbot干涉仪中平面镜的旋转角～23 s/nm相比,该相位干涉仪中棱镜的旋转精度降低了2～3个数量级.     

转镜补偿分幅相机的设计

对于胶片连续高速运动的相机,通常采用光学补偿方法解决曝光时间内因胶片运动引起的像模糊。 胶片速度小于90米/秒时,采用光学玻璃棱镜作补偿元件是可行的。若片速高于100米/秒,用光学玻璃补偿器就很困难。高转速下,离心力很大,导致玻璃应力增大,致使玻璃不再是各向均匀介质,象质严重变坏。因此,相机摄影频率的提高将受到限制。 采用钢制转镜作光学补偿元件,其强度高,转速可以大大提高。使补偿式相机的摄影频率由10³幅/秒提高到10⁵幅/秒。     

长距离光纤CATV系统中色散补偿位置的研究

研究了1 550 nm长距离光纤CATV系统中由自相位调制和色散引起的组合二阶互调劣化及其补偿问题.得出了在自相位调制和色散情况下,多级掺铒光纤放大器级联的光纤CATV系统组合二阶互调指标的计算公式.在采用啁啾光栅进行色散补偿时,对该组合二阶互调计算公式进行了修正.分析结果表明,色散补偿器的位置对补偿效果具有很大影响,理论模型计算可以得出色散补偿器的最佳位置,计算结果得到了系统仿真的验证.     

长距离光纤CATV系统中色散补偿位置的研究

研究了1 550 nm长距离光纤CATV系统中由自相位调制和色散引起的组合二阶互调劣化及其补偿问题.得出了在自相位调制和色散情况下,多级掺铒光纤放大器级联的光纤CATV系统组合二阶互调指标的计算公式.在采用啁啾光栅进行色散补偿时,对该组合二阶互调计算公式进行了修正.分析结果表明,色散补偿器的位置对补偿效果具有很大影响,理论模型计算可以得出色散补偿器的最佳位置,计算结果得到了系统仿真的验证.     

单棱镜色散补偿自锁模钛宝石激光器

分析并描述了单棱镜色散补偿的原理,实验上实验了单棱镜色散补偿的钛宝石自锁模激光器的稳定运转。     

别汉消旋转棱镜的应用与制造

在某些对物空间进行扫描的光学系统中,如果扫描平面与光学系统的纵轴相垂直,并且目镜是固定的,那么将带来象旋转这一麻烦。为了解决这一问题,可以在系统中引入一个消旋转棱镜,并把它与扫描机构连在一起,用这种方法可消除像的旋转。别汉棱镜就是这样一种棱镜。     

折反射式零位补偿检验(续)

为了研究双透镜和球面镜之间不同球差分配对折反射式补偿器补偿效果的影响,以三级像差理论为基础,针对两个不同相对口径的凹抛物面镜,采用不同内部球差分配,分别设计了一组折反射式补偿器,将结果绘制成曲线.从曲线可看出,当球面镜球差分配系数从0逐渐增大到0.5时,对应折反射式补偿器补偿能力先增强,达到极值后下降.球面镜球差分配系数为零时,球面镜不承担球差,球面镜变成半径无穷大的平面镜,折反射式补偿器即变为Offner补偿器.研究表明,折反射式补偿器补偿能力强,但不同内部球差分配对补偿效果影响较大,合理选择球面镜球差分配系数对折反射式补偿器设计是有利的.     

半凸旋转棱镜对光束变换

本文对半凸旋转棱镜对光束变换进行了详细的理论分析，定量计算了变换光束的空间强度分布。结果表明经半凸旋转棱镜变换产生的光束具有“无衍射”性质     

强光一号加速器测量电缆补偿技术

 为满足快信号测试要求,提出了利用滤波器原理设计补偿器来提高传输线带宽,以减小信号在传输过程中的畸变和损失。针对强光一号加速器测试电缆特性,设计制作了小型化的带宽补偿器。通过采用该电缆补偿技术,强光一号加速器测量电缆补偿后的传输带宽达到200 MHz,幅度为原始信号的1/3,满足了强光一号加速器测试电缆快信号传输的要求。给出了原始信号、未补偿信号及补偿后信号的比较结果,证明补偿后的信号明显比未补偿信号更接近原始信号,原始信号经电缆传输后造成的前沿损失和波形畸变通过带宽补偿器后获到了明显的补偿和修复。编制了专用补偿器设计软件,使补偿器初期设计中的极零对寻找、元器件参数计算等工作实现自动化。     

旋转双棱镜引起的成像畸变及其校正

针对旋转双棱镜扫描成像中棱镜引起的成像畸变进行研究并通过逆向光线追迹对其实施校正。为估算畸变的特点和程度,根据视轴指向及视场尺寸确定棱镜转角和入射光方向,基于矢量形式的折射定律对视场跨度内的光线通过两棱镜实行追迹。以锗棱镜的红外成像及玻璃棱镜的可见光成像为例模拟成像变形。结果表明,图像沿着偏离系统轴的方向被压缩。偏转角越大,图像变形越突出。为校正成像畸变,从像点通过棱镜实行逆向光线追迹。针对可见光成像搭建旋转双棱镜扫描成像系统并分析其成像畸变,结果表明成像畸变的模拟预测与实验观测结果相符。无论针对模拟图像还是实际图像,逆向光线追迹都能有效地校正成像畸变,改善成像质量。该畸变分析及其校正方法对旋转双棱镜成像应用具有一定的参考价值。