利用二元光学和消色差复合透镜组合校正二级光谱色差

从像差理论出发,导出了消二级光谱的理论公式;根据公式对传统的两种用CaF2(萤石)与利用FK玻璃和TK玻璃组合消二级光谱色差方法和二元光学消二级光谱色差方法进行了实例计算,并用ZEMAX软件对它们验证、优化.两种方法都能在校正色差的基础上一定程度地减小二级光谱.对两者的结果进行对比分析发现,其二级光谱相异号,利用这一特点把两者结合在一起,能够更好地减小长焦系统中的二级光谱色差.

对凝视红外热成像冷反射现象的研究

冷反射现象是在红外热成像系统中制冷的探测器通过前面的光学表面反射而探测到自身的像形成的。控制冷反射是设计红外扫描系统的一个重要指标。在一些光线追迹软件中有对红外扫描系统冷反射的分析工具,却没有优化、分析凝视阵列冷反射的工具。为了控制凝视红外系统的冷反射,一般通过非均匀校正来补偿,但这只对应某一特定的状态校正。当相对于已校正状态的一些条件变化时,冷反射又会重现。通过类比于红外扫描系统,分析了凝视系统的冷反射,并用code v给出了实例。

大视场大相对孔径长波红外扫描光学系统设计

采用288×4线阵探测器及二次成像方式设计了一种工作于7.5～10.5μm的大视场大相对孔径长波红外扫描型光学系统,系统凝视视场角为28°×21°,采用摆镜同楔形镜扫描扩展后系统视场角为78°×57°,该系统具有大相对孔径、F数为1.67、高成像质量等特点。由于长波红外可用材料有限,设计中采用锗材料和硒化锌材料校正色差,引入非球面校正系统球差,系统设计结果显示其成像质量接近衍射蓟县,色差矫正良好,在空间频率为20 lp/mm处,调制传递函数(MTF)均在0.3以上,能量集中度大于70%。

全偏振态同时探测实时彩色偏振成像技术

偏振光学成像技术作为一种新型的光学成像技术,通过对光波偏振特性的探测,增加了信息的探测维度,有利于全面、准确地获取目标的信息.文中阐述了偏振成像的探测方法,典型偏振成像系统的分类;详细介绍了一种基于Stokes矢量方法的分孔径全偏振态同时探测的实时彩色偏振成像相机;利用该相机进行了全偏振度成像实验和偏振去雾成像实验.实验表明全偏振态同时探测偏振成像技术在提高成像探测距离、目标细节获取及恢复等方面具有一定优势,能够为现代光学成像探测系统提供重要的技术补充.

一种8倍可见光变焦光学系统设计

本文设计了一种焦距为6.5～52mm的可见光变焦距光学系统,视场角为6.6°～52°.设计中选取5个焦距位置进行了计算,采用负组变倍和正组补偿方式,实现连续变焦.设计结果表明其成像质量良好,其中75lp/mm处的调制传递函数值均大于0.6,弥散圆直径小于像元尺寸.最后采用插值拟合的方法进行了凸轮曲线的设计,该系统具有长度短,成像质量好,凸轮曲线平滑易于加工,工艺性好等优点.

红外四谱段测温辐射计的电子学设计与实现

为了给卫星上的红外辐射计做地面定标检测而设计了一种能自动测量海水表面温度的四谱段红外辐射计。文中针对红外辐射计的电子学系统进行了详细的设计,通过分光调制分别对3.5~4μm，8~13μm，10.3~11.3μm，11.5~12.3μm 4种波段的红外辐射进行采集和处理，利用双黑体标准辐射源实时自动校正系统参数和相应算法计算出当前海水表面的温度，并能在PC机上实时显示温度和保存数据的一种红外辐射系统。另外，通过A/D采样设计保证了系统采样分辨率0.1 K的要求。最后，通过分析该辐射计在南海所获得的数据，得到该系统满足了测温精度依0.5 K的技术指标要求。

轻量化折衍混合中波红外热像仪光学系统设计

基于一个传统的折射式中波红外热像仪,采用CODEV软件设计了一个轻量化折衍混合热像仪光学系统,该系统采用全硅材料,衍射面设计在硅透镜聚乙烯涂层上,混合系统光学参数为f′=150mm,F/#=2.0,2ω=4.6°,波长范围3.7～4.8μm。精确计算了衍射光学元件的面形参数,得到衍射环最小周期为1405.2μm。对传统折射式热像仪和折衍混合热像仪的像差特性进行了对比,结果表明:折衍混合热像仪的像质较传统折射式热像仪的像质得到明显改善。折衍混合热像仪的重量仅为传统折射式热像仪重量的40%。

海洋四波段红外辐射计光学系统

针对我国海洋遥感定标检验技术的研究,设计了一种能够自动测量海水表面温度的四波段红外辐射系统,给出了系统的测温原理,并对系统的光学部分进行了设计。系统通过分光镜将入射红外光束分为长波红外光路和中波红外光路,其中长波红外光路通过长波红外滤光片获取三个波段,即8～13μm,10.3～11.3μm和11.5～12.5μm,中波红外光路通过中波红外滤光片获取一个波段,即3.5～4.0μm。给出了各波段对应干涉滤光片的透过率曲线,通过曲线可以看出,长波和中波红外干涉滤光片达到了窄带滤光的预期效果,并对两个光路中载有干涉滤光片用于调制目标红外辐射的长波和中波红外调制盘进行了设计,系统最终的测温精确度可达0.5 K。

闪耀型IR／MMW复合器红外衍射效率的几点改进

为了将不同方向的红外与毫米波复合成同一出射方向,现在国内多采用频率选择表面原理与红外高反原理。前者十分复杂,制造非常困难并且误差很大;后者的镀膜平面板会改变微波偏振状态,而且装配时还要求倾斜,这给安装也带来问题。两者在做大尺寸元件时,其成本会变得非常昂贵。而基于闪耀光栅原理能够很好地解决这些问题,当选用对毫米波全透的材料时,主要解决的就是提高红外衍射效率。针对实际制作工艺不可避免的表面粗糙度与零级面,给出了理论公式。并采用变周期的方法提高红外衍射效率。

偏振光学成像:器件,技术与应用(特邀)

偏振是强度、波长和相位之外描述电磁波基本属性的第四个重要的“信息维度”参量,物体反射光或辐射光的偏振特性与其材质、几何形状、纹理结构和表面粗糙度、理化特性等本身性质密切相关。偏振光学成像是基于对光的偏振信息进行探测的新型光学成像手段,其利用目标反射光和背景杂散光的偏振特性差异,以达到改善目标成像质量、提高作用距离、提升探测能力和增强识别概率的目的。作为对强度、光谱和红外成像方式的有效补充手段,偏振光学成像对低信噪比复杂背景环境、强散射环境、低照度环境下的目标探测,具有重要的应用价值。结合作者多年来在偏振光学成像探测方面的研究工作基础,围绕相关的器件、技术和应用发展状况,对偏振光学成像研究领域进行了较为详细的介绍。包括偏振光学成像技术及偏振相机的国内外研究、发展和应用状况,与偏振光学成像密切相关的偏振光Stoke矩阵表示及偏振光学成像基本原理,以及研究团队在偏振相机研制及偏振光学成像探测方面开展的研究工作,主要涉及分孔径偏振光学成像系统的设计及关键器件和技术,偏振图像的信息处理技术及算法和应用。最后,对偏振光学成像研究目前需要解决的技术问题和发展方向给出了思考和建议。

Scheme语言的LED自由曲面透镜快速建模方法（英文）

传统的自由曲面透镜建模通常需要多个软件共同协作完成,其建模过程繁琐,且由于不同软件之间的不兼容会导致模型在导入光学仿真软件时出现微小形变。提出一种在光学仿真软件中利用Scheme语言直接进行快速建模的LED自由曲面透镜建模方法。根据光源辐射特性和需要实现的照明面上的能量分布,采用划分网格法,利用Snell方程和能量守恒定律,沿经纬方向分别迭代求解,在得到自由曲面各节点坐标后,分别采用3D建模软件和Scheme语言编程构建透镜模型。通过光学仿真软件,模拟计算了100万条光线,直径1mm的光源在距离地面10 m、面积为40 m×10 m的照明区域内的照度分布。结果表明:利用Scheme语言在光学仿真软件中直接快速建模避免了模型从3D软件导入光学仿真软件时产生的微小形变从而使光照均匀度由67%提升到93.5%。同时Scheme语言编程建模仅需5 s,建模速度远高于3D建模软件。

SF_6分解气体在线红外光谱检测系统设计

SF6气体在放电或过热时会发生电离和分解,产生多种气体分解物。这些分解物会影响电气设备的绝缘性能。但现有的红外气体检测手段均无法对SF6分解气体进行现场在线测量。根据实际需求,本文根据光栅分光的原理设计了一种红外光谱检测系统。该系统可对SF6分解气体的成分和含量进行实时测量,可在电气设备带电运行的状态下进行在线测量。测量数据为分析设备的性能和安全状况提供有力的依据。

谐衍射光学元件光谱随入射角漂移的现象研究

基于二元光学元件的相位延迟表达式,推导出谐衍射光学元件在光束斜入射时的相位延迟表达式以及衍射效率表达式,定性分析了谐衍射光学元件衍射效率与光束入射角度的关系.分析表明:在可见光范围内,谐衍射光学元件的谐波长随入射角增大而向长波方向漂移,并且短波部分变化较长波部分更为明显;对于单色光,随着入射角变化,出现不同衍射级次更替现象;对于普通衍射元件,随入射角增大波峰漂移速度远大于谐衍射元件衍射波峰速度;入射角对短波段的衍射效率影响更大.

对光学设计中照度计算公式的讨论

分析并指出了教科书及光学软件中光学系统照度公式的不恰当地方,推导出了更符合实际的光学系统照度公式。假设透镜系统为无源传输模式,通过对教课书中以及光学设计软件中的照度分布计算公式进行了推导分析,得出轴外视场相对轴上视场照度为cos4ω′关系。当像方视场角减小时,通过模拟得到了与实际相背的无源传输系统能量放大的结论。建立了以入瞳模式为参考的计算模型,对照度公式重新进行推算得到新的与实际相符的照度公式,得出像面照度分布取决的是物方视场角。通过仿真模拟,验证了像面上轴外视场的照度与对应物方视场角的cos4ω成正比。

偏振光学成像去雾技术综述

偏振光学成像技术是一种新型的光学成像技术。通过对光波偏振特性的探测,可以获得其他成像技术难以获得的独特信息,有效地增加信息探测维度。近年来,偏振光学成像技术被证明了可应用于雾霾或其他散射介质中的去雾清晰成像中。随后,偏振光学成像去雾技术作为一个独立的研究分支发展起来,并取得了很多优秀的研究成果。主要介绍了偏振光学成像去雾技术的基本原理、实现途径与算法、国内外研究进展和发展现状。

自动多波段红外海洋表面温度辐射系统研究

针对我国海洋遥感定标检验技术的研究,设计了一种能够自动测量海水表面温度的多波段红外辐射系统,其分辨率优于0.1℃,精度优于±0.5℃。系统采用了4个波段,即3.5～4.0μm,8～13μm,10.3～11.3μm和11.5～12.3μm。内部光学系统通过两个不同温度的参考黑体进行实时校正,保证光学系统被盐雾沉积后也不影响整个系统的精度。另外,为了防止恶劣天气对系统的影响,还设计了一个由雨量传感器触发的自动保护罩。通过实验室标定和岸边实验对系统精度和稳定性进行了实验验证。

光纤旋转连接器的最新发展及其应用

光纤旋转连接器经过近30年的发展,技术上已经取得了很大的进步,并趋于成熟。对光纤旋转连接器的主要功能及其最新进展进行了综述,介绍了道威棱镜式、波分复用式和反射镜式3类多通道光纤连接器的原理、技术和特点,对3类系统进行了比较,列出各类连接器的优缺点。最后对光纤旋转连接器适用场合进行了简要介绍。

基于分布式光纤Bragg光栅传感技术的光缆卷盘静态压力研究

基于对光缆卷盘缆层静态压力分布的理论分析,建立了光缆缠绕体系中的受力理论模型.研究表明,随着缠绕层数的增加,卷盘各层光缆所受压强先快速增大而后变化平缓.采用分布式光纤Bragg光栅(FBG)对光缆绕线装置上缆层的静态压力进行了实时传感,理论上给出了FBG的中心波长偏移量与体系压强的定量关系,实验上发现各层FBG的中心波长随着光缆卷盘缠绕层数的增加先较快速变化而后趋于平缓,理论模拟和实验测量结果符合得很好.该技术解决了光缆绕线过程中无法对缆层所受压力进行实时监测的难题.

基于非偏振光照明的水下偏振成像目标增强技术

分析水中粒子对光的吸收及后向散射造成的图像退化的物理模型,提出一种基于非偏振光照明的水下偏振成像目标增强技术。该技术的优势在于非偏振光照明确保了目标反射光与杂散光始终存在偏振态差异;采用偏振角特征参量确保了杂散光光强估算的精确性。与基于线偏振光照明的水下偏振成像技术相比,其适用范围更广,图像恢复精度更高。实验结果表明,该方法能够提高水下图像的能见度与对比度,对比度至少提升100%,适用于不同材质目标、不同成像距离以及不同杂质、不同浑浊程度的水体环境,在水下成像领域具有潜在应用价值。

基于数字水印和迭代算法的信息加密技术

数字水印技术是一种新型的光信息加密技术,具有很强的伪装能力,但受到相位探测误差问题的限制,在信号还原过程中,传统的通过先求解相位后逆光路计算明文信息的方法并不具有实用性。迭代算法通过在频谱域和空间域施加有关约束,可有效实现对微弱信号的还原。结合数字水印技术和迭代算法的有关理论,提出了一种新的信息加密和还原技术,可以突破相位探测误差问题的限制。此外,该技术可以有效地隐藏和还原目标信息,对相位板的准确性要求高,使得信息难以被破解。理论分析和仿真结果表明,平均均方误差在经过若干次迭代计算后,成功收敛,其还原系统具有高稳健性。该技术具有伪装能力强、恢复算法收敛快的优点,可广泛应用于个人身份伪装和信息识别等领域。