大角度斜入射情况下的猫眼效应激光反射特性

基于角谱衍射理论,采用2维离散傅里叶变换和将双衍射孔径进行投影合并的方法,推导了斜入射情况下猫眼效应反射光的衍射传输过程,通过数值计算分析了入射角和衍射距离对衍射光场分布的影响规律,并实验验证了入射角的影响规律。结果表明,这种方法能够准确描述大角度入射时的反射光衍射光场分布,入射角对其衍射光场分布模式的影响相当于增大了衍射距离。依据入射角与衍射光场分布模式之间的对应关系,可对猫眼目标进行参数识别研究。     

基于“猫眼效应”的超视距视轴对准可行性分析

 根据光电探测器的“猫眼效应”,针对成像光学系统的视轴,从理论上分析了利用激光对超视距系统进行视轴对准的可行性,特别分析了激光器输出功率参数、接收探测器焦平面是否离焦等关键参数。研究结果表明,基于“猫眼效应”的超视距系统进行视轴对准在理论上和实验设计上是可行的。     

激光辐照光学镜头猫眼效应反射率测试

 为了验证普通光学镜头猫眼效应的存在性和应用可行性,利用532 nm激光辐照调焦范围为12～72 mm的普通摄像镜头,测试了猫眼效应绝对反射率及其与镜头焦距、F数、入射角等参数的关系。采用双光路同时测量法,解决了猫眼效应反射光与入射光相互干扰不易测试的问题。结果表明,该镜头的猫眼效应绝对反射率最高可达35.87 ％,并且与焦距正比,与F数和入射角成反比;近场时的几何发散角与焦距和F数成反比。     

激光跟踪测量系统中的光学误差分析

论述了在激光跟踪测量系统中由跟踪转镜机构和猫眼逆反射器产生的光学误差,并分析了它们对测量结果产生的影响。通过仿真得到了"计算中心点"的坐标。利用光学理论计算了跟踪转镜机构入射光束偏心和镜面偏心产生的误差。从猫眼的球度误差、材料折射率误差和光学中心误差几个方面对猫眼产生的光学误差进行了分析。结果表明,猫眼的误差对测量精度影响较大,因此要求猫眼精度要高。     

基于猫眼逆反射器的大范围免调试激光器

利用具有逆反射特性的光学元件构成激光器的谐振腔,能够赋予激光器大范围免调试工作的潜力.本文讨论了谐振激光自适应无线传能/通信等新兴应用对激光器免调试工作范围的要求,设计了基于猫眼逆反射器的大范围免调试激光器,采用腔内望远镜系统和复合腔结构分别拓展激光器的工作距离范围和提升激光安全性.通过对激光谐振腔的稳定性分析和对猫眼逆反射器的像差分析,明确了球差和场曲导致的猫眼离焦分别是限制免调试激光器工作距离和视场的关键因素.实验中通过优化光学设计补偿像差,实现了端面泵浦Nd:GdVO₄激光器的大范围免调试运转.16.6W泵浦功率下,激光器接收端在1—5 m工作距离范围内移动和在±30°接收端视场范围内转动时输出功率保持在5 W以上,功率波动小于10%,无需重新准直调节.5 m工作距离下,在4.6°发射端视场内输出功率保持在其最大值的50%以上,对应接收端横向移动范围达到40 cm.本工作明确了猫眼腔免调试激光器的设计优化原则,为相关研究提供了实验结果参考.     

Three-Dimensional Analytical Formula for Oblique and Off-Axis Gaussian Beams Propagating through a Cat-Eye Optical Lens

Based on the Collins formula in a cylindrical coordinate system and the method of introducing a hard aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, an approximate three-dimensional analytical formula for oblique and off-axis Gaussian beams propagating through a cat-eye optical lens is derived. Numerical results show that a reasonable choice of the obliquity factor would result in a better focus beam with a higher central intensity at the return place than that without obliquity, whereas the previous conclusion based on geometry optics is that the highest central intensity could be obtained when there is no obliquity.     

基于“猫眼效应”的目标识别

阐述了“猫眼效应”的基本原理,并在此基础上对“猫眼效应”进行了实验验证。实验结果表明,光电探测器的确存在“猫眼效应”。利用“猫眼效应”进行远距离的目标探测与识别能够简化系统并有效提高目标探测识别的概率,对今后选取合适的方案进行空间目标捕获、跟踪和瞄准有一定的参考意义。     

基于纹理特征的“猫眼”效应目标识别方法

为解决目前方法在动态复杂环境下不能有效区分车灯和瞄准镜及"猫眼"效应目标识别率低的难题,提出了一种基于纹理特征的"猫眼"效应目标识别方法.首先采用列均值相减、指数高通滤波和中值滤波对差分图像进行滤波去除车灯;然后依据"猫眼"效应目标的形状特性进行判别;最后根据"猫眼"效应目标的纹理特征,构造隶属度向量,按照最大隶属度原则,采用模糊综合评判对"猫眼"效应目标进行识别.试验结果表明,与基于形状和频率双重判据的"猫眼"效应目标识别方法相比,该方法有更高的识别率和较低的虚警率.     

倾斜离轴高斯光束通过猫眼光学镜头的传输特性

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,进一步推导了倾斜离轴高斯光束通过猫眼光学镜头的解析传输公式,通过数值计算分析得到了倾斜系数和离轴量对猫眼效应反射光光强分布的影响规律.结果表明,斜入射情况下猫眼效应反射光光强分布发生非对称畸变,且倾斜系数较小和较大时有着不同的分布规律.并且,离轴量与倾斜系数共同决定着猫眼效应反射光应用于激光主动探测的可行性.     

猫眼谐振腔氦氖激光器理论分析

猫眼逆向器作为谐振腔镜与一个凹面镜构成猫眼激光谐振腔.精确计算了三种猫眼逆向器(即理想猫眼逆向器和两种存在误差的猫眼逆向器)的逆向平行反射性，并对应用这三种猫眼逆向器的谐振腔中高斯光束的各项参数进行了深入分析，得出结论：对于高斯光束，凸透镜的焦距、凹面镜曲率半径、凸透镜与凹面镜间距三者相等的猫眼逆向器为理想逆向器，其逆向平行反射性最好，此时猫眼谐振腔处于理想状态，基模模体积最大，远场发散角最小，稳定性最好；在猫眼谐振腔的设计中，要尽量减小猫眼逆向器中凸透镜的焦距，增大凹面输出镜的曲率半径；猫眼逆向器存在误差时谐振腔的各项性能将受到影响.为猫眼谐振腔激光器的设计提供了理论依据.