LED光学参数测试方法研究

通过分析LED（发光二极管）发光机理和封装特点，选择了LED需要测试的光学参数：光通量、亮度、发光强度、空间光强分布、相对光谱功率分布及色度，进而研究了每个光学参数的特点。根据其特点，制定了每个光学参数的测试原理以及相应的计算公式，最终确定了各参数的测试方法。设计了LED光通量测量系统、亮度和发光强度测量系统、发散角及空间光强分布测量系统、相对光谱功率分布及色度测量系统。实际应用表明：这些系统均能满足目前工作需要。     

空间关联结构调控非傍轴部分相干光束的远场传输特性

基于部分相干光束的角谱表述和稳相法,研究了非传统空间关联结构对非傍轴部分相干光束的远场光强和发散角特性的影响,推导了非傍轴贝塞尔-高斯谢尔模(BGSM)光束经圆形光阑衍射后在远场的光强和发散角的解析表达式,利用该表达式数值计算了非傍轴BGSM光束的远场光强和发散角特性。结果表明,非傍轴BGSM光束与非傍轴高斯-谢尔模光束的远场光强及发散角特性不同,并且与光束在光源平面的空间关联结构、束腰半径、相干长度以及光阑半径密切相关。因此,调控光束的空间关联结构可以调控非傍轴部分相干光束的远场传输特性。     

发光二极管路灯光强空间分布的非线性优化设计

道路照明的首要目的是满足使用者的视觉需求,在此前提下还应尽可能降低能耗实现节能环保,这两点均与道路灯具的光强空间分布密切相关。而很难用一种通用的光强分布适用不同的道路和灯具安装条件。针对主干路、次干路、支路3种典型道路类型,提出了根据具体道路、安装条件以及驾驶员视觉光环境需求逆向设计灯具最节能光强空间分布的思路,并建立了以驾驶员视觉光环境需求为约束、以灯具总光通量最小为目标的非线性优化模型,将路面照度分布表述为余弦多项式并利用分级优化方法进行了求解。得到了3种典型道路条件下发光二极管(LED)路灯的最佳光强空间分布,相比现基于照度均匀分布设计的LED路灯光强分布,驾驶员视觉光环境质量显著改善,且灯具节能30%左右。     

激光变倍准直扩束系统设计

激光准直扩束系统可应用在激光测距,激光切割,空间光学激光干涉仪等各个领域。其主要作用是通过改善激光束的空间发散角,提高光束的准直性,使激光束达到对孔径的要求。基于无焦变倍原理运用Zemax软件模拟设计了一激光准直扩束系统,入射激光波长为1064 nm,发散角小于5 mrad,入射直径为1 mm,准直扩束系统的扩束比4~24倍连续可调,可实现压缩光束的发散角(出射光发散角可压缩至0.208 mrad),扩大光斑尺寸,达到对激光准直和扩束的目的。不同倍率下波像差最大均方根(RMS)值为0.1769λ,均小于λ/4,满足像质评价要求。此设计结构简单,易于加工装调,具有较高的实际应用价值。     

利用原始光强信号实现空间方位失调角高精度传递新方法

现有基于正弦波磁光调制偏振光的方位失调角传递方法存在精度不高的问题,提出了一种利用原始光强信号中极值点信息实现方位失调角高精度传递的新方法。建立了基于任意位置光强信号求解初始光强的模型,推导了大角度范围内粗略失调角的计算公式并给出了实现方案,提出了在小角度范围内比现有方法近似精度更高的获取失调角信息的方法。仿真结果以及误差分析表明：利用该方法得出的方位失调角传递误差远远小于现有方法,为实现空间方位失调角高精度传递提供了一种参考。     

横向激发线偏振高斯光束的非傍轴传输

文章提出一种横向激发的任意线偏振高斯光束,该光束场量的模与传统的任意线偏振高斯光束具有相同的模,在源场区,其满足自由空间无源场的场方程。同时利用瑞利—索末菲衍射积分对该高斯光束的非傍轴传输特性进行了解析研究,给出了空间光强分布、束腰和远场发散角的解析通式,发现该类光束的远场光强呈一平顶空心光束。     

部分相干厄米-高斯列阵光束通过湍流大气传输的方向性

推导出了部分相干厄米-高斯(H-G)列阵光束通过湍流大气传输的二阶矩束宽和远场发散角的解析公式。采用远场发散角作为光束方向性的评价参数,研究了部分相干H-G列阵光束通过湍流大气传输的方向性。研究表明:在一定条件下,部分相干H-G列阵光束与对应的高斯光束不论在自由空间还是湍流大气中均具有相同的方向性。此外,进一步研究发现,在自由空间中,由远场发散角和归一化远场平均光强分布所表征的部分相干H-G列阵光束的方向性是不一致的,但湍流可以使得两种描述相一致。这一结论与高斯-谢尔模型(GSM)列阵光束的相关结论存在差异。在自由空间中,与高斯光束具有相同远场发散角的非相干合成的GSM列阵光束与对应的高斯光束具有相同的归一化远场光强分布。     

双轴棱锥产生长距离近似无衍射光的新技术

提出了一种利用会聚透镜、轴棱锥等简单光学元件产生长距离近似无衍射光的新技术. 分别利用几何光学和衍射理论分析了该方法产生长距离近似无衍射光束的原理, 通过软件模拟了长距离近似无衍射光束的形成过程,得出了该光束在不同距离处的横向光强分布. 模拟结果显示该光束在较长距离处的横向光强分布满足Bessel分布. 从实验上获得了传播距离长达80 m、中心光斑发散角约为0.12 mrad的近似无衍射光束, 相比于国外学者最近的研究成果(Belyi et al. 2010 Opt. Exp. 18 1966)将传播距离延长了50多米,而光束发散角压缩了22倍.实验中, 对光束沿光轴传播时在不同距离处的光斑进行了拍摄,所得实验结果与理论分析基本符合.     

低远场发散角976 nm基横模脊形半导体激光器

采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器,通过对外延结构的设计优化,以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5μm、腔长为1500μm,在25℃测试温度下,可获得422 mW最大连续输出功率,峰值波长为973.3 nm,光谱线宽（FWHM）为1.4 nm。当注入电流为500 mA时,垂直和水平远场发散角（FWHM）分别为24.15°和3.90°。在15～35℃测试温度范围内对脊形半导体激光器的水平远场发散角进行测试分析,发现随着测试温度的升高,器件远场分布变化较小,水平远场发散角基本维持在3.9°左右。     

基于相关分析的LED路灯光强分布测试步距角优化研究

优化LED路灯光强分布测试系统的测试步距角可以较大程度地提高LED路灯测试的效率。选择不同的测试步距角对LED路灯的光强分布进行测试,将1°测试步距角所测得的路灯光强分布视为真值,采用相关分析的方法研究在较大步距角下所测得的路灯光强分布与真值之间的近似程度。研究结果显示,当相关系数要求在98%左右时,可以选择15°测试步距角对LED路灯的光强分布进行测试,相对于真值测试,在此步距下LED路灯的测试时间减少了98%以上,极大地提高了测试效率。     

智能化车辆光度测试系统的研制

本文介绍了一种自动测试汽车车灯配光性能仪器的设计原理、结构框图和精度分析。仪器采用微机控制、自动完成定位、数据采集、标准判别和表格打印。经实际使用表明：仪器具有较高精度，其转动定位精度达到０．０１°，照度测试精度不大于２％，完全满足国标对车灯性能测定的要求     

空心阴极元素灯光谱的空间分布测量方法

提出利用成像光谱仪研究空心阴极元素灯光谱空间分布的检测方法。自制了基于Offner成像系统的推扫式凸面光栅成像光谱仪,覆盖波长范围400~1 000 nm,视场角22°,光谱分辨率2~3 nm;利用该光谱仪第一次得到得到Hg元素灯光谱的空间分布,给出了不同波长下的空间图像和不同空间位置的光谱分布信息,具有较高的空间分辨率和光谱分辨率;并同时获取了不同工作电流条件下的元素灯高光谱数据,对比分析了处于不同工作状态下光谱空间分布的差异。这为空心阴极元素灯光谱的空间分布等性能研究提供了一个很好的工具,相关方法也可以用来研究其他类型的光源。     

氪灯发光总功率和氙灯发光总能量检测设备

根据氪灯、氙灯发光的工作原理,介绍了氪灯发光总功率和氙灯发光总能量检测系统。该系统可以对氪灯发光总功率和氙灯发光总能量进行批量检验,使用户能在相关激光产品的生产和装配过程中对其进行质量控制,从而提高了激光产品的合格率,缩短了生产时间。在连续氪灯和脉冲氙灯的入厂检验中,氪灯发光总功率和氙灯发光总能量是需要检测的主要技术指标。新型氪灯、氙灯性能综合检测系统是通过采用积分球、功率计以及能量计来检测氪灯的发光总功率和氙灯的发光总能量的。设备由:积分球、功率计、能量计、氪灯和氙灯支架及冷却系统、氪灯和氙灯电源等五部分组成。     

基于非成像光学的发光二极管汽车后转向灯透镜设计

针对现有发光二极管（LED）汽车后转向灯存在的配光性能不准确、能量利用率低等问题,设计了一款准直配光一体化的LED后转向灯透镜。该透镜根据非成像光学原理和斯涅尔定理,通过迭代求解的方法设计而成,其高度为8．32mm,直径为12．64mm。利用光学软件TracePro对实际光源和后转向灯透镜进行光线追迹模拟,结果表明：在z方向4-80°,Y方向4-80。的矩形区间,发光强度均大于1．6cd;在x方向±20°,Y方向±10°内发光强度呈近似矩形分布,且各测试点结果均满足GB17905-2008要求。该透镜可精确控制LED发出光线,有利于提高配光性能及能量利用率。     

车灯配光性能在线检测系统研究

本文介绍一种能够对车灯光度、色度性能同时进行在线测试的计量仪器。它操作方便，精度较高，符合国标对车灯配光性能检测的要求。     

氪灯和氙灯光谱强度分布和光谱效率测量

氪灯、氙灯光谱强度分布和光谱效率测量是反映氪灯、氙灯性能的关键指标。介绍了一套新型的氪灯、氙灯光谱强度分布和光谱效率检测系统。该系统是一套测量连续发光灯和脉冲闪光灯发光性能及效果的综合检测设备。该检测单元采用计算机进行操控,人机界面良好,便于检验人员进行氪灯和氙灯光谱强度分布和光谱效率的批量检测。检验人员利用该系统可进行装机模拟试验和可靠性试验,可对氪灯和氙灯的性能进行必要的分析研究,不断地积累了氪灯和氙灯的检验数据和经验。     

远程分布式无线智能路灯监控系统设计

提出一种融合无线传感器网络、GPRS/GSM网络和Internet的智能路灯监控系统设计方案,该系统由远程计算机终端、手机、无线网关及路灯子节点组成。在智能模式下,路灯能够根据周围环境光照度自动亮灭或调整亮度;在控制模式下,值班人员可通过计算机实现对路灯进行单独、部分或整体定时开关灯控制及亮度调节,或通过手机查询系统运行状况。系统具备路灯故障自动检测功能,确保故障路灯得到及时修复,路灯电源则可在市电和太阳能蓄电池供电两种方式间自动切换以节约电能。     

能见度仪探测光束平行度检测方法

为实现能见度计算中消光系数的正确测量,论述了光源平行度在能见度测量中的重要作用,设计了探测光束发散角检测方法与测量装置。该装置包括定焦成像系统和移动光源的直线系统,利用成像关系与空间几何关系推导了发散角表达式。以紫外LED作为实验光源,设计完成了测量系统成像装置与控制软件,计算得到水平方向与垂直方向发散角,利用所得发散角分析探测光束。实验结果表明,紫外LED光源的光束发散角水平与垂直方向分别为7.8和6.9,经比较得到未加入平行度的能见度与加入后的比值为0.51。该方法测得的能见度值更接近于实际值。     

激光束散角复合控制技术

为了降低部分相干光光学系统设计的复杂度及成本,增加部分相干光应用的便捷性,提出了一种液晶空间光调制器的激光相干度及束散角复合控制方法。首先介绍了对激光光束进行相干度和束散角复合控制的基本理论和方法;然后分别设置了相干度和束散角检测实验,检测了本方法所调制激光光束的相干度和束散角的准确性。实验结果表明,采用液晶空间光调制器生成相干度为0.9 mm、束散角为7.5 mrad,以及相干度为1.5 mm、束散角为3.8 mrad的部分相干光束,其相干度与理论值相比误差在5%以内,其相干度均方根误差分别为0.027386和0.031314,峰谷值分别为0.084658和0.089103;其束散角与理论值相比误差在5%以内,其束散角均方根误差分别为0.022478和0.023186,峰谷值分别为0.081201和0.092130。可见,该方法可以实现高精度的相干度及束散角复合控制。