2.7~3.0μm波段高反镜反射率测量研究

中红外激光领域广泛使用高性能高反射光学元件,高反射率高精度测试技术是制备高性能反射光学元件的基础。针对2.7~3.0μm波段光学元件高反射率测量的实际需求,基于量子级联激光器建立了连续光腔衰荡反射率测试实验装置,通过优选2.7~3.0μm波段反射带内水汽吸收较弱的测试波长,分析空气中水汽吸收对衰荡时间和反射率测量的影响,并比较空气和氮气环境下反射率测量结果,实现了2.7~3.0μm波段高反镜反射率的准确测量,在反射率约99.95%时绝对测量精度优于2×10-5。实验结果显示,采用测试波长2.9μm并在测量时保证初始腔和测试腔腔长相同,无需使用氮气环境,直接在实验室空气环境可实现高反射率的精确测量。

高功率激光器光束质量测量的衰减缩束仿真研究

光束质量因子M^(2)是表征高功率激光器横模特性的主要参数,针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题,开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术原理与仿真研究。建立了衰减缩束组件的仿真模型,利用有限元的方法对光学元件在高功率激光下的热致像差进行研究,得出热致像差的峰谷(PV)值小于82 nm时,对光束质量因子的影响小于5%。当光束通过衰减组件时,如果发生退偏,光束质量因子将偏小。基于泽尼克多项式和光束质量因子计算模型,研究分析了缩束组件波前畸变对测量的影响,并通过Zemax仿真分析看出,在装调时入射光与缩束组件中心光轴夹角视场小于7°时,对光束质量因子测量的影响小于5%。

典型单基发射药和双基发射药燃烧火焰辐射特性

为了探究单基发射药和双基发射药燃烧的火焰辐射特性以指导抑爆系统探测器的设计,设计并搭建了发射药燃烧火焰光谱测试系统,测试分析了空气氛围不同压力条件(-0.05,0,0.20 MPa)下典型单基发射药“20/7”和双基发射药“双芳‑3”试样燃烧时的火焰辐射光谱。结果表明:常压条件下,“20/7”单基药仅在550~650 nm波段看到较弱的连续辐射光谱,观测到OH*,C2*和CHO*的发射峰,在燃烧火焰区可能存在这些活性中间体。“双芳‑3”双基药燃烧火焰中固体颗粒物含量多,在200~1700 nm波段内可见连续辐射光谱,其辐射强度大于“20/7”单基药,掩盖了这一波段部分发射峰信息,但在1000~1700 nm波段,采集到CN*,OH*等基团的发射峰。2种发射药的火焰光谱中存在很强的Na*,K*,Ca*的发射峰,推测源自硝化棉中残留的木质素。增大燃烧室压力,2种发射药燃烧辐射强度增大。低压条件下,在双基药燃烧初期连续光谱较弱,辐射光谱类似于单基药。根据测试结果,针对“20/7”单基药的探测器应主要依据Na和K的发射峰设计,而针对“双芳‑3”双基药的探测器应主要依据连续光谱峰值波长设计;使用环境压力越高,探测器触发阈值要求越低。

高功率激光器光束质量测量的衰减缩束实验

针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题,开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术实验研究,搭建了缩束激光的波像差及光束质量测量装置,开展了缩束组件装调误差对光束质量影响的实验。实验结果表明,随着装调视场角度的增加,1/3倍缩束组件在1.2°视场处M^(2)测量偏差小于5%。搭建了偏振分光装置,研究了衰减组件对光束稳定性的影响。实验结果表明,随机偏振的准单模激光器的稳定性比多模激光更易受到衰减组件退偏的影响。搭建了高反式与楔板式高功率激光光束质量测量装置,对1 kW准单模激光进行光束质量测量。实验结果表明,在高反式测量装置中,待测光束通过高反镜时产生了退偏,从而导致光束质量测量结果偏小,楔板式测量装置的测量结果更能准确反映待测光的光束质量。

移相干涉测量术及其应用

为了对移相式数字干涉仪在光学元件测量中的应用有全面了解,介绍了移相干涉术的基本原理。结合激光数字波面干涉仪,阐述移相干涉术的四步重叠平均算法、压电晶体移相器(PZT)的结构、3 PZT的组合方法、移相器的标定误差和非线性误差的校正方法、波面相位解包的自适应种子算法、波面相位的评价指标等内容。结合移相数字波面干涉仪,叙述了移相干涉测量技术在普通光学元件、红外光学元件、大口径光学元件、非球面光学元件等测量中的应用并指出了应用过程中的注意事项。最后明确指出光干涉技术正沿着高相位分辨率、高空间分辨率、宽波段和瞬态高速测量的方向发展,并将会在瞬态波前测量、微机械的微结构动态分析等方面有着越来越广泛的应用。

压电晶体位移特性曲线干涉自动测量方法

本文提出了压电晶体（ＰＺＴ）位移物曲线自动干涉测量方法，该方法利用干涉仪把ＰＺＴ的微位移量转化成干涉条纹相位变化量，通过快速傅里叶变换（ＦＦＴ）方法自动复原干涉条纹中包含的相位的变化量，从而高精度地检测出ＰＺＴ的位移特性曲线根据该方法，利用ＣＣＤ摄象机、图象板和干涉仪组合成一套光、机、电一体化的微位移自动测试系统，实际测量了我们研制的ＰＺＴ随电压变化的位移特性曲线实验表明，该方法原理实现简单，且能实现高精度、自动。

光学成像系统中非线性畸变的数字校正方法

该文通过对光学成像系统中非线性畸变的分析 ,提出了一个数字校正方法。该方法利用与光轴对称的径向畸变数学模型求出光学镜头的校正系数 ,对畸变图像进行校正。对校正方法的程序实现进行讨论 ,给出了对实际畸变图像进行校正的实验结果。

微小球面曲率半径的测量研究

验证了测量平面面形误差的重叠四步平均算法(OAF)应用于测量微小球面曲率半径的可行性。采用Linnik显微移相干涉装置,测量了光纤连接器端面的曲率半径,给出了测量数据及处理结果;通过对已知曲率半径的标准微小凸球面样板的测量,得到相对误差为0.093%。同时,从理论上对OAF和其他算法对PZT位移误差的抑制能力作了分析比较。结果表明,OAF算法可用于微小球面曲率半径的测量,且相对于其他算法而言,其对PZT位移误差具有更强的抑制能力。

多表面干涉下的光学元件面形检测

为了消除平行平板类光学元件的多表面干涉效应对元件面形测量的影响,提出了基于波长移相调谐技术与傅里叶变换原理的多表面干涉条纹检测技术。首先,根据波长移相原理和被测元件的厚度,按照推算出的被测腔长与元件厚度间的比例关系正确摆放被测元件的测试位置。然后,通过波长移相技术采集一组干涉图。最后,对这组多表面干涉图进行离散傅里叶变换,提取带有被测元件前后表面面形的频率信息以及厚度变化的频率信息,通过重构算法得到准确的面形信息和厚度信息。实验结果表明:与传统的13步移相算法相比,得到的前表面PV值和RMS值分别相差0.003和0.001,而后表面PV值与RMS值分别相差0和0.001。这些结果基本满足平行平板类光学元件面形的高精度测量与洁净测量的要求。

傅里叶干涉成像光谱技术中的重构方法

在干涉成像光谱仪的光谱复原中,由于系统存在各种误差,若直接对所得干涉图进行傅里叶变换重构,得到的光谱图会产生较大误差甚至错误。介绍了Sagnac型干涉成像光谱仪基本原理,针对上述问题得到一套对采集得到的干涉图进行光谱重构的方法,通过对所采集干涉图进行消趋势项、切趾、相位校正、共轭对称化等步骤的处理,再进行重构,即可有效避免直接重构所带来的误差,使用所研制的原理样机对氦灯等单色光源进行光谱曲线重构实验,得到的光谱强度分布曲线与标称曲线基本吻合,光谱复原精度达到了4nm,具有较好的重构效果。

干涉仪环境振动的外差检测与自适应控制

测试环境的微振动干扰会引起干涉图的抖动,影响移相干涉仪的测量准确.设计了一种内嵌于移相干涉仪的外差测振光路,对干涉仪所受环境微振动进行实时检测;采用单片RF/IF集成芯片对两路40MHz的模拟外差信号直接进行比相,简化了通常使用的数字测相方法.在测得环境振动信息后,运用DSP技术和自适应信号处理的方法,实现了基于PZT移相器的自适应振动控制,实验结果表明干涉仪对幅频积不大于100waves·Hz的环境振动的抑制能力达-39dB.

基于光谱发射率函数基形式不变的辐射测温技术

近年来,随着国防、工业、科技等领域飞速发展,无论是对于军用动力发射系统还是对于民用钢铁冶炼以及高科技新兴产业,辐射温度测量都具有重要意义。尤其在温度极高且伴随着瞬态测温(小于1μs)需求的场合,多光谱辐射测温法被广泛运用。多光谱辐射测温法是通过选取被测目标多个特征波长,测量特征波长的辐射信息,再假设发射率与波长相关的数学模型,最终求解得到辐射温度。目前,利用该方法实际测温时,光谱发射率都采用固定的假设数学模型,而针对目标在不同温度状态下,该固定模型则无法进行自适应变化。同样,在不同温度下,如何解算最终的发射率和辐射温度也没有普适性的方法。基于普朗克黑体辐射定律,提出一种被测目标在不同温度下光谱发射率函数基形式不变的思想,简称发射率函数基形式不变法。通过该方法,发射率模型可以根据物体在不同温度状态下,函数系数动态改变来进行自适应变化。同时对于如何解算最终的发射率和辐射温度也相应提出了普适性的方法。通过大量仿真验证以及实际测量光谱辐射照度标准灯和溴钨灯温度实验,证明本文提出的方法比现有的光谱发射率处理方法更加简单实用并且能够有效地提高光谱发射率的计算精度,从而提高辐射温度测量精度。同时具有实用性好、应用广泛等特点。

光学元件精密加工中的磁流变抛光技术工艺参数

为了充分掌握磁流变抛光中磁场强度、浸入深度、抛光轮转速、磁流变液水分含量等工艺参数对抛光结果的影响规律,以期提高元件的面形精度和表面的质量,在研究了磁流变抛光材料的去除数学模型的基础上,结合实验室的PKC100-P1型抛光设备,对上述的关键工艺参数分别进行了研究,设置了一系列的实验参数,进行了详细的实验探索,分析了单因素条件下材料的去除量以及元件表面质量同关键工艺参数的内在联系,得出了相应影响关系曲线。从关系曲线表明:工艺参数对抛光斑的去除效率以及被加工元件表面质量存在着明显的影响规律,掌握这些影响关系就能用于分析和优化磁流变加工的结果,为高精度光学表面的加工提供可靠的保障,同时实验的结果也很好地验证了磁流变抛光材料去除理论的正确性。

移相式泰曼-格林红外干涉仪及应用

研究了移相式红外泰曼 格林干涉仪,研制出光机电算一体化的仪器,仪器孔径为Φ30mm。编制了计算机软件,用于干涉图波面的拟合与红外光学系统成像质量的评价,所编软件与国际上同类软件的计算精度相当。介绍了红外干涉仪的多种应用:评价红外光学系统的像质,检测光学件精磨表面粗糙度、光盘基片面形的平整度。结果表明,仪器干涉系统光学质量优于λ/25,扩展不确定度优于λ/130,重复性优于λ/200(λ=10.6μm)。

基于多光谱法的激发温度和辐射温度瞬态测试技术

近些年来,随着国内外尖端科技快速发展,温度测量无论是对于国防建设领域还是对于工业制造领域都有着极为重要的指导意义和研究价值。尤其在瞬态超高温测量方面,测温精度要求更为严苛。测温方法多种多样,多光谱法由于其精度较高且适用性强,被国内外专家广泛运用。基于多光谱测温法,提出一种新的能够同时高精度测量目标的瞬态激发温度和辐射温度的方法。该方法通过查找可信度更高的目标物理特性数据以及更为精确的多光谱直线拟合方法,精准计算得到目标激发温度。通过建立更加准确的数学模型和算法,减小光谱发射率对整个测温过程的影响实现高精度的辐射温度测量。通过相关测温实验表明,系统测温精度达到3%。

一种基于人眼视觉特性的图像质量评价

图像质量评价的研究已成为图像信息工程的基础技术之一。由于图像的最终接受者是人 ,所以评价图像质量的关键在于其是否符合人类视觉系统特性。为了建立一种新的符合人眼视觉特性的图像质量评价方法 ,利用小波变换与人类视觉系统的多通道特性相匹配的特点 ,结合对比敏感度函数的带通特性 ,同时考虑计算的复杂性 ,给出了一种与人对图像质量评价保持良好一致的图像质量评价算法。实验结果表明 ,其评价结果与主观评价方法平均评价分数的相关系数达 0 .95 ,而对应的客观评价方法峰值信噪比与平均评价分数的相关系数为 0 .81。

基于自适应提升小波变换的图像压缩(英文)

介绍一种用基于提升算法的中值滤波构造自适应小波变换方法 其思想是设计自适应的“预测算子”及自适应的“更新”运算以更好的逼近信号 ,从而达到更“紧凑”的信号表示 实验表明 ,在图像压缩应用中 ,在峰值信噪比 (PSNR)上 ,虽然本文算法比不上D9/7小波 。

划痕型缺陷对光场质量的影响

为了研究高功率激光系统中划痕型缺陷对光场质量的影响,采用分步傅里叶算法对非线性近轴波动方程进行求解,模拟分析了不同划痕参数(长度、宽度、深度)下,元件内部、光束近场、元件后传输光场以及光束远场的光强分布情况。数值模拟结果表明:随着划痕长度、宽度或深度的增加,元件内部以及元件后传输光场的峰值强度和对比度均会相应增强;光束近场的光强对比度也会略微增大;对于光束远场的强度分布,与划痕宽度方向所对应的频谱能量会不断增强。该项研究工作可以为划痕检验标准的制定提供一定的定量分析依据。

基于计算机图像处理的光纤测量方法研究

为研究光纤显微图像 ,本文将计算机数字图像处理技术引入到光纤形态分析中。实验中 ,首先将光纤端面经显微光学系统处理 ,由CCD摄像头接收 ,并通过图像采集卡传至计算机 ;然后对光纤的数字图像进行处理 ,其中包括对比度增强、图像的滤波、图像的二值化、图像分割等 ;最后通过严格的计算 ,得到光纤的各种参数。此系统的软件是用C ++Builder 5语言写成。程序中采用了Parodax数据库及BDE技术 ,并提供了结果报表和二、三维图像显示。操作软件采用中文Windows界面 ,使用方便。

用干涉法测量压电陶瓷的动态频率响应特性

理论分析了用干涉法测量压电陶瓷的动态频率响应特性的方法 ,建立了由泰曼 格林干涉仪和光电转换测量系统组成的实验装置 ,只要电源允许 ,测量的频率可以达到 5kHz。实验结果表明 ,测量方法简便可行 ,易于实现 ,测量范围大、误差小。