光学器件微振动引起的光束指向稳定性分析

提出一种可以从时域和空域两个方面更准确地表征光束指向稳定性的动态方法,解决大型光学系统中光学器件微振动对光学系统的影响的描述问题.基于实际应用中机械结构的模态分析及微振动对光束的影响,将机械模态和光学系统有机地结合起来,建立了光学器件微振动模型.然后以神光Ⅱ装置中的空间滤波器为研究对象,分析了空间滤波器出射光角度的时间...     

光学遥感卫星飞轮微振动仿真和地面实验研究

为了对光学遥感卫星中飞轮微振动带来的成像像移进行精确预估,研究了飞轮微振动对成像影响的相关机理,建立了理论分析模型,搭建了高仿真度实验测量平台.研究微振动对成像影响机理,构建从飞轮扰振特性到成像像移之间的传递函数表达式,理论证明了谐波特性和模态特性是飞轮微振动对成像像移影响的两大重要特性.搭建高仿真度的实验平台对微振动影响下的图像像移进行精确测量.对比理论模型分析所得像移和实验测量数据,分析两者结果不一致产生的原因.结果表明:理论与测量的像移结果中谐波特性非常一致,两者具有几乎一致的典型的谐波因子;模态特性在低频段具有较高一致性,中低频段误差在8%以内.     

光学平台减振方法初步分析

光学ATP（捕获、跟踪和瞄准）系统对其支撑平台在振动环境下的稳定性要求很高，由于对ATP系统稳定跟踪精度有明显影响的是相对惯性空间的角振动，而不是线振动，结合ATP系统的稳定跟踪能力，要求减振平台沿任意轴向的角振动功率谱密度在1～50Hz频带内满足指标。     

车载光学平台双层隔振系统设计与试验研究

 分析了冲击、振动对车载精密光学系统的影响,指出了光学平台的变形和振动是影响车载精密光学系统精度和稳定性的主要因素,提出了车载光学平台双层隔振系统的设计方案。采用ANSYS有限元方法分析了光学平台隔振系统的振动模态和减振比,完成了车载状况下的光学平台振动测试。分析与测试结果表明,车载光学平台的双层隔振结构具有良好的稳定性,且对环境强振动有很好的衰减作用。该双层隔振技术方案及其分析测试方法,对于各种车载精密光学系统和设备具有重要的工程应用价值。     

光学马格努斯效应中的横向角移分析

从平面角谱理论出发,建立了光束在空气和玻璃界面折射的传输模型.基于这一模型,揭示了光学马格努斯效应中的横向角移现象.对于特定的线偏振和椭圆偏振光束,其折射场重心出现了横向角移,而当入射光束为圆偏振时,横向角移则会消失.在正负折射率界面,光束的横向角移产生了反转现象,这是由于光束在左手材料中发生了负衍射.超高折射率可明显地减少横向角移,而超低折射率则可显著地增强横向角移.这些发现将为如何调控和增强光学马格努斯效应提供理论依据. 关键词： 光学马格努斯效应 横向角移 圆偏振     

光学系统受迫振动的激光测量方法

将激光信号与高帧频CCD结合,解决了光学系统中振动信号和激光信号之间的转换问题,不仅能够测量振动对系统光束指向稳定性的影响,而且能够得到振动信号本身的频率特性。利用该方法对振源为150 Hz和200 Hz两种条件下的光学系统受迫振动进行测量,得到了与输入信号相吻合的振动信号属性。通过实验与分析得知:时域振幅测量精度为6.25 m,频域分辨力为2 Hz,方法简便高效,测量结果准确,已应用于角多路准分子激光主振荡功率放大器系统打靶试验平台光束指向稳定性的研究中。     

斩波式自适应移相干涉技术

研究对环境振动和空气扰动所造成的两相干光束间常数项光程变化不敏感的自适应移相干涉系统，利用偏振分光技术，采用闭环控制，并将高频振幅调制与锁相技术相结合，建立一斩波式自适应移相干涉系统，可对环境振动引起的干涉条纹的抖动进行实时探测并予以光程补偿，将干涉条纹依次锁定在与任意相位差相对应的位置,该方法不受两相干光束间光程差大小的限制且具有高信噪比，阐述了该方法的原理，描述了所建立的系统，并给出了实验结果。     

基于PSD的风洞模型姿态角光学测量技术研究

开发了一种基于光电探测技术的风洞模型姿态角光学测量技术,实现了对姿态角的精确、实时、非接触测量。对激光探测头、模拟试验平台进行了优化设计,编写了功能齐全的实验软件,模拟了风洞试验运行实况,深入开展了一维和二维角度测量实验和分辨率测试实验。实验结果表明,该技术可对模型变化角度进行实时精确测量,测量范围达到了-10°～10°,测量精密度为0.0023°,测量准确度为0.0026°,分辨率可达到0.001°。该光学测量技术在风洞模型的角度测量和振动测量实验中切实可行,为测量风洞试验模型的姿态及振动提供了一种简洁有效的测量方法。     

光学系统的光束指向稳定性光电测试法研究

从振动的基本理论出发,应用矩阵光学理论,推导了光学图像法测试光束指向稳定性的原理。设计了光电法测试光束指向稳定性的测试应用,并搭建了实验光路,结果表明:光学图像法可以准确分析光束指向稳定性误差的大小、产生的误差的振动频率及其影响程度,并结合加速度计的电学法测试,可以探测光路中引起光束指向误差的来源。光电法测试结果正确可靠、简单方便,具有较好的工程应用价值,特别适合大型光学系统的光束指向稳定性测试。     

紧固装夹及光学测量方式用于斯特林制冷机微振动输出检测的分析

根据工程应用实际情况,目前斯特林制冷机微振动输出检测有多种安装测量方式,紧固装夹方式采用加速度传感器测量采集数据,光学测量方式采用激光位移传感器测量采集数据。本文通过对采用紧固装夹测量方式与光学测量方式进行对比试验,分析两种安装方式的微振动输出测试数据,表明两种测量方法均可用于斯特林制冷机的微振动输出测试。     

微振动激励作用下编组站镜架对光束指向的影响

 编组站是靶场光路传输系统的重要组成部分,编组站镜架的稳定性对光路的传输有着直接的影响。为了分析微振动对光束指向性的影响,采用有限元分析软件建立镜架的有限元模型,将数字式地震仪测得的镜架安装平台的速度功率谱密度函数作为载荷施加到分析模型上,计算得到了编组站光学元件（A,B,C,D）在基座微振动激励作用下的转角漂移分别为0.338,0.327,0.289,0.241 mrad,均小于稳定性指标0.460 mrad的要求;采用加速度传感器对光学元件A的转角漂移测试结果为0.340 mrad,与分析结果的误差为0.6%,说明所采用的计算分析方法是有效的,为精密镜架的设计分析提供了有效的方法。     

移相干涉仪的抗振技术研究进展

在对光学元件面形进行检测和光学系统成像质量的评价中,移相干涉测量技术有着广泛地应用。但是,光学干涉仪的测量精度对环境的要求非常苛刻,环境的振动和空气的扰动会对测量结果产生很大影响。提高移相干涉仪的抗振性很有必要,受到广泛重视。国际上移相干涉仪的抗振技术主要包括主动抗振和被动抗振两方面,两种技术具有各自特点。     

基于角反射镜的气体传感器

介绍了一种由两个角反射镜构成的气体传感器吸收池。利用角反射镜的反射特性和对光束的倾斜不敏感性,提高了吸收池的稳定性和灵敏度。用几何光学方法分析光束的传输特性。提出了探测光在单波长和双波长时的传输方程和系统的测量方程,构建了一种气体浓度检测系统。探测光在吸收池中来回传播的次数N由两个角反射镜的轴间距离决定,差分光吸收光谱(DOAS)的灵敏度与光在池内的传播次数N成正比。在N为3时,电池的检测阈值接近50 ppm     

基于角反射镜的气体传感器（英文）

介绍了一种由两个角反射镜构成的气体传感器吸收池。利用角反射镜的反射特性和对光束的倾斜不敏感性,提高了吸收池的稳定性和灵敏度。用几何光学方法分析光束的传输特性。提出了探测光在单波长和双波长时的传输方程和系统的测量方程,构建了一种气体浓度检测系统。探测光在吸收池中来回传播的次数N由两个角反射镜的轴间距离决定,差分光吸收光谱(DOAS)的灵敏度与光在池内的传播次数N成正比。在N为3时,电池的检测阈值接近50 ppm。     

可变焦叶绿体光学微透镜

光学微透镜在光学成像、信号探测、生物传感等方面有重要的应用。针对现有固体微透镜难以变焦和生物不兼容的问题，提出将细胞内的叶绿体作为天然的微透镜，并研究了叶绿体微透镜的聚焦特性及其在光学成像和信号探测中的应用。研究结果表明，叶绿体微透镜对不同波长的入射光能产生聚焦效应。借助光镊产生的光力可实现叶绿体形状的可控变化，进而可实现对叶绿体微透镜焦距的调节，调节范围为15～45μm。由于叶绿体微透镜具有光束聚焦特性，故其能够应用到亚波长结构的成像和荧光信号的增强中。在实验中，叶绿体微透镜实现了对线宽为200 nm的光栅结构和细胞内部肌动蛋白丝的光学成像，以及对量子点荧光信号的探测和增强。     

目标角振动的散斑法实时测量

 论述了利用激光散斑实时测量目标散射面角振动的原理，并从干涉条纹的角度对仿真参数进行了分析。理论分析及仿真结果表明，探测器接收的光功率起伏包含了目标散射面角振动的信息，利用散斑实时测量目标角振动是可行的。目标散射面照明尺寸越小，目标散射面绝大多数微元的间距也就控制得越小，探测到的光功率交流分量起伏越大，即信号也越强。光学接收天线光阑边长并不是越大越好，随着其值的增大，光功率交流分量并不是简单的随之增大，而是表现出周期性的起伏。因此，可以对接收天线加可调光阑，从而达到最佳的探测效果。利用此原理构建的系统测量的目标角振动振幅有一定的范围,测量上限受限于相位调制因子。     

光束品质因子M2对非同轴激光雷达探测性能的影响

光束品质因子M2直接影响高斯光束传播特性,光纤口径主要约束激光雷达接收系统的视场角.几何重叠因子是影响激光雷达探测性能的重要参量,其主要受激光束的发射特性、接收系统的结构等影响.通过探讨光束品质因子M2及耦合光纤口径对几何重叠因子的影响,为设计激光雷达发射接收系统,改善激光雷达的探测性能提供了优化方案.数值计算及初步实验表明,光纤的耦合效率与光纤的放置位置及光纤口径有很大的关系;几何重叠因子小于1的探测距离受到M2因子的较大影响且随着M2因子的增大而增大.     

激光光栅多普勒效应微小振动测量

为了提高测量微小振动的精度和动态范围，提出一种基于激光光栅多普勒效应的微振动测量系统。通过对差拍信号的频率分析，以峰值频率比值的方法可以排除干扰获得被测振动频率，找到振动的翻转点并判断振幅的大小；推导了在翻转点附近的微小位移与电压值的关系，对于小于计数当量值的位移由测量电压得到，提高了微小振动位移的测量精度以及系统测量的最小分辨率、动态范围。实验系统的频率范围为0．5～500Hz，振幅为20～10mm，相对误差小于1％，其动态范围大于100dB。     

基于多光束混合外差干涉的相位增强技术研究

激光外差干涉测量技术是微振动探测的重要手段,随着微纳应用的拓展,人们对精密测量系统的相位检测灵敏度提出了更高的要求.传统提高测量灵敏度的方法有优化外差干涉系统方案、改进相位重建算法和降低关键器件噪声等.本文提出了一种多光束混合干涉的相位增强方法,经过理论推导和实验验证得到如下近似条件:校正光与信号光的初相位相差πrad情况下,两光束的功率越接近,系统对目标的弱振动振幅响应越大.实验设计的两光束功率相差1%时,观察到了最大146倍的增强效果,该方法在微振动物体高灵敏度测量上具有较大的应用价值,在现有器件指标和相位解调算法不变的基础上可大幅提高外差干涉测量系统的探测能力.     

振动式微机械陀螺动态特性光学测试

针对振动式微机械陀螺的设计过程中对微振子动态特性的精确评价问题,提出一种测量微振子动态特性的光学方法。该方法利用高速摄像机获取陀螺微振子在振动时的时间序列图像,然后采用数字图像相关技术对序列图像进行相关计算,以获得微振子在大气中振动的位移、速度和加速度曲线,并由此计算微振子的固有频率和品质因数。该方法对位移的分辨力在亚微米量级,具有较高的测量精度。对文中被测陀螺驱动模态的固有频率测量结果为2061.67 Hz,大气压下的品质因数测量结果为66.67。提出的方法可为微陀螺动态特性的测量提供一种精确、有效的途径。