基于ZEMAX软件的重叠复眼的模拟与分析

介绍了重叠复眼及其优点。与并列型复眼相比,重叠复眼有更高的光能量利用率和更高的灵敏度。首次利用ZEMAX软件对重叠复眼进行了实例模拟,通过光线追迹,详细分析了其工作原理,并且将重叠复眼与并列复眼在灵敏度和光能量利用率两方面进行了对比,得到了前者比后者有更高的光能量利用率和灵敏度的结论。     

渐变折射率介质在重叠复眼光学系统中的应用研究

在重叠复眼的生物结构中,晶锥部分的折射率随半径的增大逐渐变小,与渐变折射率(GRIN)介质十分相似。复眼具有体积小、重量轻、视场大、灵敏度高等优点。近年来,在智能武器、智能机器人视觉系统和微型飞行器等领域中,复眼光学系统得到了越来越多的应用。GRIN介质在重叠复眼光学系统中对会聚光线起到了关键的作用。从理论上对其进行了分析,得到了GRIN介质适用于重叠复眼光学系统中的条件;深入分析了GRIN介质出射光线聚焦点的位置关系;讨论了与重叠复眼灵敏度的关系。     

多孔径仿生复眼成像系统技术进展综述

昆虫复眼是一种理想的小型化、多孔径、大视场的视觉系统,具有智能特征,虽然由于每个复眼的孔径尺寸和数值孔径都很小,使昆虫复眼的视力较差,但是其对运动目标却有很高的探测灵敏度,且对光的强度、波长和颜色等都有较强的分辨力。长期以来,人们一直致力于昆虫复眼的特性以及仿生昆虫复眼的研究。对目前常见的复眼类型和现有的各种类型的仿生...     

结合空间侧抑制的仿生复眼模型

结合昆虫复眼运动神经具有的空间侧抑制机制,设计了一种新的复眼模型,并使用全硬件方法实现了该模型。与自相关的模拟量模型相比,该模型的数字部分采用触发响应模式,使系统具有很宽的速度测量范围;在此基础上,通过结合空间侧抑制网络,使得模型能够有效地减少背景光强不均匀、不稳定造成的错误判断。由于整个系统是完全实时并行的,所以能够处理高速运动情况。通过实验,验证了系统的可行性。     

复眼式光学成像系统畸变测量与校正技术研究

复眼式光学成像系统在大视场侦查、图像识别、目标探测等领域较传统单孔径光学系统优势突出,但随着视场的增加,子孔径本身的成像畸变及多个子孔径的安装位置误差引起的畸变会直接影响拼接图像的质量。针对该问题,采用光电测量技术对复眼系统进行畸变测量与校正,生成多模动态电子畸变测量靶标,构建畸变测量校正模型,建立多项式拟合算法,采用最小二乘法获得畸变系数,通过双线性插值法模型对图像进行重建。实验结果表明,校正后的平均相对畸变优于0.1%,满足大视场复眼式光学成像系统的畸变校正和图像拼接的精度要求。     

昆虫复眼的仿生研究进展

作为生物光学发展的一个重要部分,对昆虫复眼的研究越来越重要,从结构、分类、人工仿生及应用等方面对昆虫复眼的研究近况进行了综述,并展望了其发展趋势。     

新型光学元件

介绍了近几年来在光电仪器中开始使用的新型光学元件,它们是衍射元件与衍射折射混合元件,溶胶－ 凝胶法高纯度特殊元件和微光学元件,轴向梯度元件以及玻璃－ 液体组合元件等。介绍了它们的应用和制造方法。这些元件给光学系统设计提供了新的自由度,并大大地简化了系统的结构和减小了系统的尺寸。     

液晶投影显示复眼照明的容差模拟分析

介绍了液晶投影显示复眼照明的工作原理,采用扩展4×4矩阵模型描述了复眼照明,以能量利用率和照明均匀性作为系统的评价标准,对复眼透镜的制造误差和位置误差进行计算机模拟分析,分析表明,双排复眼透镜相对位置误差对系统性能影响大于加工误差,而第一排复眼透镜的加工误差对能量利用率的影响大于第二排复眼透镜,第二排复眼透镜的加工误差对照明均匀性的影响大于第一排复眼透镜.     

共口径宽光谱复眼光学系统设计

为了扩大复眼光学系统的接收光谱,研究了一种可见光、长波红外复眼光学系统.推导了双波段共焦面方程,建立了子眼系统与接收系统的匹配要求.子眼光学系统的工作波段为0.38~0.78μm和8~12μm,焦距为5mm,相对孔径为1∶3,视场为10°.两个波段的子眼系统成像位置均为2.92mm,相邻的两个中心光轴夹角为4.016°,共650个子眼,合并后的视场为90°.接收系统的焦距为4mm,视场为80°,相对孔径为1∶3.子眼系统和接收系统的图像质量良好,在-40~60℃的温度范围内无热差影响.     

光学材料光学均匀性检测方法分析

光学均匀性是光学材料的重要指标,直接影响到透射光学系统的波面质量,改变系统的波相差。惯性约束聚变（Inertial Confine Fusion,ICF）激光驱动器的研制要求对材料的光学均匀性进行高精度的检测,同时兼顾洁净度要求。实验中利用斐索干涉仪实现了大口径光学材料光学均匀性的检测,并与国外检测数据进行了对比,对检测过程中的影响因素主要包括样品的厚度测量偏差及折射系数偏差进行了分析。结果表明,样品的厚度测量偏差及折射系数偏差对结果的影响较小,可以忽略。同时用两种干涉仪专用软件对大量样品测量数据进行处理,对比了不同干涉仪光学均匀性的计算结果,表明这两种情况下对光学均匀性的处理结果相符,解决了大口径光学坯件光学均匀性的检测问题。     

Analysis of Long-Term Optical Effects in Double-Coated Optical Fibers Induced by Hydrostatic Pressure and Thermal Loading

The hydrostatic pressure and thermal loading simultaneously induced optical effects in double-coated optical fibers in the long-term are analyzed by the viscoelastic theory. Using the Laplace transformation method, close-form solutions for the microbending loss and refractive index changes are obtained. The results of the microbending loss are initially identical to those obtained by the elastic analysis, and then decrease gradually as time progresses. The microbending loss and refractive index changes of the glass fiber are functions of the material properties of the primary and secondary coatings. To minimize the microbending loss and refractive index changes in the long-term, the Young's modulus of the primary coating, and the viscosity and Poisson's ratio of the secondary coating should be increased. Nevertheless, the viscosity and Poisson's ratio of the primary coating, and the Young's modulus of the secondary coating should be decreased.     

纳米孔隙聚合物光学薄膜透过率谱线的数值计算

用时域有限差分（Finite Difference Time Domain－FDTD）算法模拟了光从真空垂直入射到表面覆盖有一层纳米孔隙聚合物薄膜的玻璃介质,得到了在不同波长下的纳米孔隙薄膜的透过率谱线.将FDTD模拟结果的透过率谱线与理论谱线相对照,估算出了该薄膜的等效折射率.我们分别模拟了孔隙率为5%、10%、15%、20%和30%的薄膜,得到了它们的透过率谱线,而且利用这些谱线得到了它们不同的等效折射率值.文末给出了只有两层薄膜构成的纳米孔隙宽带增透薄膜的结构,而且利用FDTD算法模拟了光经过这种增透膜入射到玻璃介质的过程,结果显示这种增透膜在可见光波长范围的透过率高达99.5%.     

扩散平面光波导的传递函数方法

引入一种计算光波导传播特性的新方法传递函数方法。给出了公式推导,计算了扩散各向同性及扩散各向异性平面光波导的传播特性,并与其它方法所得结果进行了比较。结果表明用传递函数方法处理折射率渐变分布的光波导问题,计算相对简单,可以得到精确的数值结果。     

光屏两点投射法测量超临界流体折射率的光路分析计算

由于超临界流体温度和压力较高，用于测量其折射率的光学池需要特殊设计。超临界流体(Super Critical Fluid，SCF)光学池设计为细长形体，以便控温和耐高压；光屏两点投射法测量超临界流体折射率应采用斜交光学池；分析了斜交光学池测量折射率的光路，推出了斜交光学池平行窗口和非平行窗口光路计算的方程，并给出了求解折射率的方法。     

负折射率介质层中光波的相位和传输特性研究

针对在理解负折射率材料中光波的传播特性时相位的特殊性质 ,详细分析推证了负折射率介质中折射率、波矢k的大小和方向、空间坐标系以及波相相位互之间的关系。分析结果表明负折射率介质层中的波矢k的反常取向是由于其标量值为负 ;在统一的坐标系下 ,由该标量值参与数值计算和分析 ,k则由标量值和单位矢量k0 (k0 >0 )共同决定 ,而不必再考虑左、右手系的区别。在此基础上依据电磁场理论推导了光波在负折射率介质层中的传输矩阵 ,用以分析含有负折射率介质层的复杂薄膜系统的光学性质。初步计算结果显示含有负折射率介质层的膜系对TE和TM波的光谱特性都有显著改变     

基于光学传输矩阵的太赫兹时域光谱分析

提出了基于光学传输矩阵的提取太赫兹时域光谱光学参数的理论方法。相比于传统的提取主脉冲方法,该方法在未来可以推广用以分析主脉冲与次脉冲无法分辨的太赫兹时域光谱。利用该方法得到了蓝宝石(α-Al2O3)样品在0.3~1.0太赫兹频段的复折射率。通过与利用提取主脉冲方法得到的复折射率的结果比较,验证了基于光学传输矩阵的理论分析方法的可靠性和精确性。所提出的方法为今后主次脉冲无法分辨的太赫兹时域光谱的准确分析提供了坚实的理论基础。     

ZnSe体单晶THz波段时域光谱测量及分析

利用透射型THz时域光谱技术,对ZnSe(110)体单晶在THz波段的色散和吸收性质进行了测量和分析。根据Drude理论获得了ZnSe体单晶的静电介电常数及高频介电常数,并观察到ZnSe体单晶在THz波段的多声子吸收效应。     

有增益及损耗的平板波导导模的精确微扰分析

给出求含有增益层与损耗层的突变与渐变折射率剖面多层平板波导导模的微扰与解析计算公式。举例讨论了导模模式的增益（或损耗）与结构参数和偏振的关系，本文方法较求解复本征值的打靶法等简便且节省机时，对于（半导体激光器与半导体激光放大器等）实际遇到的波导结构能给出精确数值结果，并可用以分析材料的增益系数或损耗对ＴＥ和ＴＭ模式及其增益的影响等问题。