瞄准制导仪中的调制盘光学系统分析

瞄准制导仪中的调制盘光学系统包含有光束投射系统、光束投影系统和旋转调制盘。基于旋转调制盘图案设计的原理,分析了瞄准制导仪中内、外调制图案与光学系统的配合问题。较详细地分析了激光束投射系统和投影系统。     

相干高斯光束的符合成像和干涉

理论上研究分析了相干高斯光束的符合成像和干涉.导出了相干高斯光束的符合成像公式和符合干涉条纹公式,从这些公式可以看出符合成像和干涉是由于两条光路相应的汇聚投射引起的.符合成像和干涉条纹的质量及能见度可以同时很好.我们的结果表明纠缠光子对和相干高斯光束的符合成像及干涉的物理本质是不同的,相干高斯光束的符合成像和干涉的物理本质是光强的点对点投射,而纠缠光子对的符合成像和干涉的物理本质是双光子的振幅关联.     

成像角膜曲率计的光学设计

为了提高角膜曲率计的测量精度,借助于现代光电子技术,设计了一款高精度的成像角膜曲率计.系统包括环形物、一次成像系统、角膜、二次成像系统和CCD探测器.首先在ZEMAX软件中,设计了成像角膜曲率计的一次成像系统和二次成像系统,分别对两个成像系统进行优化设计;然后通过半透半反镜组将一次成像系统和二次成像系统拼接,组成成像角膜曲率计的光学系统,并对其进行整体的优化设计.最后,利用TracePro对所得的环形像进行模拟和分析.结果表明:所设计的成像角膜曲率计的测量范围约为30~60D(对应角膜曲率半径5.5~11 mm),测量精度在角膜曲率半径7.8 mm时达到0.072D.     

柱透镜和弯月透镜实现半导体激光器光束整形

针对半导体激光器的发光特点,设计了半导体激光器的光束整形系统。首先采用柱透镜准直和偏转沿Y轴发散的光束;然后再采用望远系统对X轴发散的光束进行准直和扩束;最后采用弯月透镜对发射光束压缩,实现半导体激光器的光束整形,降低光束发散角,提高光束质量。利用ZEMAX软件模拟系统,结果表明,整形后输出光束沿X轴和Y轴的发散角变为4.922mrad,输出光斑直径为1.2707mm,整形系统总长度为65.6618mm,各元件的最大直径为20.52mm,输出光束质量和系统结构都优于同类产品。     

高斯光束对标准硅球直径测量的影响分析

针对高精度硅球直径测量系统的特点,分析平面波反射光的多光束干涉和双光束干涉,以及正入射时高斯光束反射光中心的多光束干涉和双光束干涉,对不同条件下的高斯光束反射光中心的干涉光强进行了数值模拟.对采用五步相移算法时高斯多光束干涉的影响进行了研究,给出了特定参数条件下不同束腰ω0和传播距离z时的最大相位误差,当ω0=5 mm,z=2000 mm时的最大相位误差达0.08%.     

飞行模拟器用投射系统设计

研究了一种瞄准镜用飞行模拟器投射镜头的设计,并给出了模拟器投射镜头的设计实例。模拟器由显示系统、屏幕、投射系统、反射镜组成,模拟图像信号送入模拟器的显示系统,显示系统将视景仿真模拟图像信号投射到屏幕上,屏幕位于投射系统的焦平面上,瞄准镜对由模拟器进入的光线成像实现成像模拟。投射系统由周边系统、中心系统共9路光学镜头组成,投射系统周边系统、中心系统对应于瞄准镜的中心系统与周边系统,中心系统与周边系统的物面位置重合即共物面;中心系统采用摄远物镜镜形式缩短了镜头长度结构更加紧凑。周边系统焦距为f=263．02mm,视场角为2ω=17°,全视场畸边〈0．4％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度330mm;中心系统焦距为f=295．00mm,视场角为2ω=17°,全视场畸变〈0．37％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度283．2mm。投射系统采用全口径出光,同时系统通光口径略大于敏感器的通光口径,降低了系统装配的精度。     

测色分光光度计的双光束分光系统设计

通常测色分光光度计均由两个独立且完全相同的分光系统组成,为实现测色分光光度计小型化、轻量化,提出一种双光束分光系统设计。将传统的分光系统进行改进,使一个分光系统实现双光束分光系统的功能,用两个小狭缝代替一个狭缝,即可实现两束光谱同时探测。分析了双光束分光系统的工作原理及设计要求,设计了一个用于便携式测色分光光度计的分光系统。设计的Czerny-Turner结构双光束分光系统采用超环面成像镜,可以较好的校正像散,防止两束光谱串扰,两束光谱在探测器上完全没有重叠,光谱分辨率小于10 nm,谱面长度9.12 mm,体积仅为57 mm×54 mm×23 mm,满足设计指标要求。通过与相同设计指标的单光束分光系统比较得出,采用双光束分光系统的改进型测色分光光度计比传统的测色分光光度计减少了一整套分光系统,从而使体积大幅缩小。该方法特别适用于便携式测色分光光度计,也可适用于其他双光束分光光度计。     

基于自由曲面反射镜的低投射比超短焦投影物镜的光学设计（英文）

为了设计低投射比的超短焦投影物镜,本文采用自由曲面和折反式的光路结构设计了一种具有低投射比的超短焦投影物镜系统。该物镜由一个旋转对称的折射透镜组和一个自由曲面反射镜组成。采用11.938 mm的数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器产生图像源。采用法线加权迭代优化的方法计算自由曲面。最后,分析了系统的性能。仿真结果表明:超短焦投影物镜可在580 mm的投影距离处实现3 048 mm尺寸的大屏幕投影,系统的投射比低至0.19,系统的最大畸变小于0.72%。能够满足低投射比超短焦投影物镜的设计要求。该投影系统具有低投射比、低畸变、投影效果好等优点,可为超短焦投影系统的进一步发展提供有益参考。     

基于自由曲面反射镜的低投射比超短焦投影物镜的光学设计

为了设计低投射比的超短焦投影物镜,本文采用自由曲面和折反式的光路结构设计了一种具有低投射比的超短焦投影物镜系统。该物镜由一个旋转对称的折射透镜组和一个自由曲面反射镜组成。采用11.938 mm的数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器产生图像源。采用法线加权迭代优化的方法计算自由曲面。最后,分析了系统的性能。仿真结果表明:超短焦投影物镜可在580 mm的投影距离处实现3048 mm尺寸的大屏幕投影,系统的投射比低至0.19,系统的最大畸变小于0.72%。能够满足低投射比超短焦投影物镜的设计要求。该投影系统具有低投射比、低畸变、投影效果好等优点,可为超短焦投影系统的进一步发展提供有益参考。     

激光投影成像式运动目标位姿测量与误差分析

为了实现室内运动目标位姿的高精度测量,建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上,通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统,利用高速摄像机实时记录幕墙上投影光斑的位置,利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标,利用投影光斑之间构成的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后,根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明,当摄像机的视场范围为14 000mm×7 000mm时,测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ),位置测量精度为5mm,且误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致,验证了本文提出的目标位姿测量方法与测量误差传递模型的准确性,能够满足目标位姿测量高精度的要求.     

HIRFL装置主动式点扫描束流配送系统的Monte Carlo模拟优化

为获得适用于HIRFL 装置主动式点扫描束流配送系统配送的碳离子束,利用Monte Carlo (MC) 工具SHIELD-HIT12A 研究了配送距离和微型脊形过滤器结构周期对治疗室等中心处束斑半高宽(FWHM) 和剂量平坦度的影响。模拟研究发现:束流配送距离越短,束斑FWHM越小,但剂量平坦度越差;微型脊形滤器结构周期是影响剂量平坦度的关键因素,周期越小,剂量平坦度越好。通过模拟研究得出:在HIRFL装置重离子治疗终端将真空窗设置在距等中心距离小于125 cm 时,采用结构周期为2 mm微型脊形过滤器可以满足主动式点扫描照射对束斑FWHM和剂量平坦度的要求。To obtain carbon ion beams suitable for the active spot scanning beam delivery system at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), the Monte Carlo program SHIELD-HIT12A was used to study the influences of beam delivery distance and structure period of mini ridge filter on full width at the half maximum (FWHM) of beam spot and dose flatness at the isocenter of the treatment room. The present simulation study shows that the shorter was the beam delivery distance, the smaller was the FWHM of beam spot, but the worse was the dose flatness. The structure period of mini ridge filter was a key factor to account for the dose flatness at the isocenter. The smaller was the structure period of mini ridge filter, the better was the dose flatness. Based on the simulation results, we conclude that 2 mm structure period for a mini ridge filter statisfies the requirements on the FWHM of beam spot and dose flatness at the isocenter for the active spot scanning beam delivery system at HIRFL when the distance between the vacuum window and the isocenter is set shorter than 125 cm in the nozzle.     

Optical design of a full-pupil field,non-contact and high resolution corneal curved objective lens

It has been a challenge to overcome the corneal curvature radius to design a full-pupil field, non-contact and high resolution corneal curved objective lens, which covers the cornea full-pupil field and has the ability to resolve corneal cells. In this paper, we report an optical design of a full-pupil field, non-contact corneal curved objective lens for high resolution cornea imaging. The advantages of this lens are that it has a wide field of view (FOV) with the corneal curved image surface, maintains the beam normal incidence, as well as non-contact lens imaging, and offers a cell-level lateral resolution of cornea structure. The analysis of optimization shows that the system achieves diffraction limit in a circular FOV of 4 mm diameter covering the full-pupil zone. The theoretical lateral resolution is about 2.5 μm with an image space NA of 0.16, which is sufficient to resolve corneal cells of 7 μm diameter, and the working distance is larger than 15 mm which is enough for a non-contact objective lens. So the optical design is effectively and efficiently meeting the demand of specifications.     

海面大气边界层中聚焦光束漂移各向异性的实验研究

 利用位置敏感型光电倍增管（PSPMT），设计了测量聚焦光束漂移的实验装置。该装置在80 mm的有效探测面内实现了2维位置信号的直接探测，空间分辨率可达1 mm，明显优于四象限探测器和阵列探测器，最高采样频率可达80 kHz，且动态范围很大，优于一般的成像器件。在近海岸海面上5 m处的大气边界层中进行了距离为1 000 m的聚焦激光传输实验。测量结果表明：聚焦光斑的质心漂移具有各向异性，水平方向光斑漂移幅度一般介于5.61 mm和14.83 mm之间，垂直方向光斑漂移幅度介于3.54 mm和7.3 mm之间，两者之比的平均值为1.69；水平方向和垂直方向的光斑漂移功率谱密度（PSD）在低频段也存在差异，垂直方向光斑漂移的PSD比水平方向光斑漂移的PSD下降速率更快。     

物光参考光同光轴的体全息存储光学系统设计

将两块漫射板分别置于输入面的两侧,使物光和参考光同光轴,可以使体全息存储傅里叶变换光学系统更为紧凑。然而,在这种全息存储光学系统中,物光和参考光的总数值孔径较物光数值孔径大很多。分析这种体全息存储光学系统物光和参考光光路的设计要求和光学参量的确定;采用多重结构方法对物光正向光路、逆向光路和参考光光路同时优化设计,实现对物光光路二对物像共扼位置控制像差,并满足参考光光路的要求;给出前后组焦距分别为33 mm和30 mm的物光和参考光同光轴,前工作距为30 mm,物光和参考光总数值孔径为0.53的全息存储光学系统的设计结果。系统的波像差小于0.071λ,达到衍射极限。     

HIRFL浅层肿瘤重离子治疗终端束流配送系统性能的实验验证

详细介绍了兰州重离子研究装置(HIRFL)浅层肿瘤重离子治疗终端的被动式束流配送系统, 对该束流配送系统重要组成部件及其整体的性能进行了实验验证. Bragg峰展宽装置脊形过滤器及能量调节装置射程移位器测试结果显示该设备的性能指标达到设计要求. 为验证该被动式束流配送系统的整体性能, 进行了束流成形实验, 模拟对肿瘤靶区的三维适形照射. 结果表明: 利用该束流配送系统可实施对肿瘤的三维适形放射治疗. HIRFL浅层肿瘤治疗装置束流配送系统性能的验证为下一步开展肿瘤重离子束治疗临床试验奠定了基础.     

激光测头光束质量分析与控制

 建立了光束质量控制的数学模型,提出了一种可定量评价光束质量的参数优化选择方法。针对激光测头进行了两片式光束质量控制光学系统的优化设计,并与光束聚焦控制、准直控制方法进行对比实验。激光结果证明:该优化光束控制系统在测量范围内既保持了光束的均匀性,光斑尺寸较小(光腰尺寸为34 μm),又保证了光束的精细度,有效地抑制了光束质量引入的测量误差,在±5 mm测量范围内,其均方根误差仅为6.3 μm,测量精度明显优于聚焦控制和准直控制系统。     

Fabrication of high-frequency electron beam moiré grating using multi-deposited layer techniques

This paper proposed new ways for producing multi-layer model grids for electron beam moiré method. An electron beam lithography system was set up under scanning electron microscope which was equipped with a beam blanking device and a pattern generator. The two-deposited-metal layers method was used to manufacture electron beam grating for high-temperature use. The results verify that the Zr–Pt-type grating possesses heat resistance up to 1100°C in vacuum. A new type of composite grating with frequencies 100 lines/mm and 1000 lines/mm using three deposited layers was produced. A 10 000 lines/mm two-deposited-metal layers grating was successfully fabricated using electron beam lithography.     

车用回复反射器光度性能测试方法研究

介绍了一种检测汽车回复反射器光度性能的测试系统的结构和原理。该测试系统采用激光束准直定位技术来确定回复反射器的位置 ,通过类似车灯灯光的集束光投射到回复反射器 ,利用高灵敏度的光度探测器检测反射器反射到各方向上的反射光强度。光度计测试范围为 10 - 6～ 1.999lx,激光束光斑口径为 5～ 9mm。整个系统由计算机控制 ,可以按国家标准自动完成测试。     

神龙一号电子束质心运动测量研究

 在强流直线感应加速器中,电子束质心位置的控制是一项重要技术,要达到较好的控制效果,前提是对电子束质心位置进行准确的测量和定位。针对具有时间分辨的电子束质心位置的测量和确定,介绍了测量实验系统的建立和数据处理两个方面的研究工作。该处理方法在实际应用时能够将电子束质心位置的误差控制在1～2个像素内。用高速分幅相机以10 ns的时间间隔、3 ns的曝光时间获得了神龙一号加速器在漂移段出口处的电子束质心运动情况。结果表明：束的质心主要在半径为0.5 mm的区域内运动,束斑直径dFWHM值分别为8.4,8.8,8.5,9.3和7.6 mm,测量结果可以为束的调控提供准确参数。