基于双光栅和柱透镜的高分辨率近红外微型光谱仪

因为便携、低成本、集成化等优势,微型光谱仪已经成为光谱仪技术发展的重要趋势,其中工作波段在近红外的微型光谱仪,在光纤传感和解调、光纤通信等领域有着非常广泛的应用。但目前的近红外微型光谱仪普遍存在分辨率低、成本高、体积大不便于携带等问题,为此,提出了一种独特的基于双光栅和柱透镜的微型光谱仪结构,开展了理论和实验研究。相对于传统的微型光谱仪结构,新的设计主要有三个特征:使用光纤代替入射狭缝,以减少光能损失;采用双光栅将光束进行二次衍射;使用柱透镜以改变线阵CCD阵列表面的成像尺寸。首先,利用Zemax软件进行了光学设计和仿真分析,光谱范围为1525~1570 nm,光学系统结构在66 mm×40 mm×24 mm的体积范围内,光谱分辨率理论上达到0.2 nm,比未加柱透镜的结构提升了2.5倍。然后,根据理论分析,选购了合适的光电器件进行了系统封装,与匹配的电路模块结合,实现了微型光谱仪的光谱检测功能。光谱仪的光学系统安装在66 mm×40 mm×30 mm的体积范围内,实际测量的光谱分辨率为0.215 nm,与理论结果较为吻合。进一步地,搭建了一套基于该微型光谱仪的光纤光栅温度传感测量系统,该微型光谱仪作为信号解调仪,选择了四个中心波长分别为1534、1538、1542和1545 nm的光纤光栅作为传感器,温度在0~50℃范围内以1℃为间隔连续变化,最终实现了温度实时测量和信号解调,系统温度灵敏度分别达到9.58、9.68、9.69和9.6 pm·℃^(-1),验证了该微型光谱仪的高分辨率和高可靠性。研制的微型光谱仪的子组件可以固定在外壳上,系统内部无可移动元器件,体积小、分辨率高、稳定性好,可应用于其他诸如物质浓度分析、传感信号测量等需要高分辨光谱分析的场合。

飞秒激光刻蚀柱面编码光栅研究

柱面编码光栅的测量精度由光栅刻线精度直接决定,为获得高精度微米级光栅刻线,研究采用飞秒激光刻蚀柱面光栅。通过优化激光功率、扫描次数、重复频率等参数,实现了线宽为6μm的刻线加工;进一步分析了不同刻线深度在旁轴光源成像系统中的成像效果,最终获得条纹完整且明暗条纹对比度明显的光栅刻线。

Study on the adaptability of augmented reality smartglasses for astigmatism based on holographic waveguide grating

Background Augmen ted reality(AR)smartglasses are considered as the next generation of smart devices to replace mobile phones,and are widely concerned.But at present,AR smartglasses are usually designed according to the human normal eyes.In order to experience AR smartglasses perfectly,abnormal eye users must first wear diopters.Methods For people with astigmatism to use AR smartglasses without wearing a diopter lens,a cylindrical lens waveguide grating is designed in this study based on the principle of holographic waveguide grating.First,a cylindrical lens waveguide substrate is constructed for external light deflection to satisfy the users'normal viewing of the real world.Further,a variable period grating structure is established based on the cylindrical lens waveguide substrate to normally emit the light from the virtual world in the optical machine to the human eyes.Finally,the structural parameters of grating are optimized to improve the diffraction efficiency.Results The results show that the structure of cylindrical lens waveguide grating allows people with astigmatism to wear AR smartglasses directly.The total light utilization rate reaches 90%with excellent imaging uniformity.The brightness difference is less than 0.92%and the vertical field of view is 10°.Conclusions This research serves as a guide for AR product designs for people with long/short sightedness and promotes the development of such products.

基于遗传算法的柱面光栅测角技术研究

高精度角度测量装置是保证旋转设备精度和性能的关键,广泛应用于测量跟踪仪器中,特别是对于大尺寸坐标测量仪器,测角相比于测距是制约坐标测量精度的瓶颈。在精密一维轴系平台上,采用高精度柱面光栅及四个读数头构建测角装置,对传感器本身、安装及轴系跳动等误差因素对测角精度的影响进行了详细分析。基于角度测量标准器具校准角度测量误差,对误差数据进行谐波分析。基于遗传算法提出了一种参数优化方法,建立误差补偿模型,对测角误差进行了补偿。实验结果显示,补偿后柱面光栅测角误差减少为±0.7″,证明了误差补偿算法的有效性,显著地提高了角度测量精度。

柔性变栅距光栅角位移传感器的精度分析与工艺实现

研制了用于采集和反馈飞机舵面位置信息的柔性变栅距光栅角位移传感器。分析了影响传感器精度的主要因素,给出了制备过程所采用的精密成型工艺。首先,根据柱面变栅距光栅在柔性变栅距光栅角位移传感器中的核心作用,介绍了传感器的工作原理;分析了工艺误差对传感器精度的影响,提出了柔性变栅距光栅精密成型为柱面变栅距光栅后内表面圆度应不大于0.01 mm。在圆度对传感器精度影响的量值基础上,采用了柱面变栅距光栅精密成型工艺。最后,利用有限元仿真分析了柱面变栅距光栅精密成型工艺的可行性。实验结果表明:柱面变栅距光栅内表面圆度达到0.004 3mm,传感器的线性度达到最大工作角度的0.27%,满足了航空机载传感器的精度要求。

应用于立体印刷的矩阵式透镜光栅的原理

立体印刷中应用的透镜光栅为柱透镜光栅。本文探索了将矩阵式透镜光栅应用于立体印刷的原理,通过比较矩阵式透镜光栅和柱透镜光栅,指出矩阵式透镜光栅的优点。矩阵式透镜光栅制作的立体画比柱透镜光栅制作的立体画的观察角度更多,能使平面印刷图像取得更好的立体效果。本文给出了具体的制备参数。

径向偏振光研究的最新进展

径向偏振光作为一种轴对称的偏振光引起了众多学者的浓厚兴趣,通过对近年来国内外对径向偏振光研究现状的分析,本文综述了径向偏振光的特性、理论发展、产生方法以及应用等方面的研究,并展望了其发展前景。

基于面阵传感技术的圆柱度测量新方法

针对现行圆柱度测量方法的局限性和存在的问题,提出一种基于面阵传感技术的圆柱度测量新方法———多孔径重叠扫描拼接测量。该方法以数字光栅条纹投射技术为单视角测量手段,利用多孔径重叠扫描拼接技术实现各个单视角面形数据的精确融合拼接,从而获得零件的整个圆柱表面的面阵数据。文中给出圆柱度扫描拼接测量原理、拼接模型及算法,并通过对样品轴实测证明该方法的准确性和可行性。该方法具有非接触、高效、全场的特点,且能够满足新一代GPS(geometrical product specifications,产品几何技术规范)标准的采样要求,从而为圆柱度的精确评定提供可靠的数据信息。

基于自由曲面的裸眼3D显示柱透镜光栅设计

设计了一种用于裸眼3D显示屏的低串扰新型双面柱透镜光栅板,光栅板的入射面为等间距排列的与显示器子像素数量相同的凹形自由曲面光栅结构,出射面为斜置的凸形自由曲面光栅结构.根据裸眼3D显示原理和几何光学原理推导了双面光栅板的光栅单元自由曲面设计公式和光栅参数计算公式.通过MATLAB编程计算和SolidWorks软件建模得到光栅板模型.用TracePro软件对所设计的光栅板模型进行光线追迹仿真,结果表明:参数优化后的6视点斜置柱透镜双面光栅3D显示在最佳视角的图像串扰度为0.068%,与传统6视点斜置柱透镜光栅的最佳视角图像串扰度相比降低了2个数量级,并且在观看距离2 000mm^3 000mm范围内图像串扰度基本不变.

立体印刷制作工艺光栅板参数的选择

简述立体印刷成像原理,分析柱透镜光栅板光学功能,讨论了与立体印刷光栅条纹图像相匹配的柱透镜光栅板的相关参数———光栅线数、折射率、视角范围及透射率等,对图像立体显示效果的影响。只有这些参数选择得当,才能使平面印刷图像取得好的立体效果。

柱面透射光栅的衍射特性

从理论上分析了较高空间频率的柱面透射光栅的衍射特性，在不作近似的条件下，用计算机模拟出了不同曲率半径的柱面透镜组成的柱面透射光栅的夫琅和费衍射特性，得出了其衍射光强的分布规律。光学实验给出了由光学塑料制成的空间频率为１０ｌｐ／ｍｍ的柱面透射光栅的衍射光强分布。计算机模拟结果与光学实验结果吻合。

柱面光栅VUV时空分辨谱仪设计

从理论和实验两方面分析了柱面光栅的衍射特性，并给出用于托卡马克等离子体真空紫外光谱时空分辨测量的柱面光栅单色仪设计方案．

相位错动强度叠加光刻法

本文提出一种新的光栅相位错动强度叠加光刻法．研制出了高质量的圆光栅，该方法同样适用于各种计量光栅的研制．

柱面光栅色散特性及其应用(英文)

基于椭球面光栅理论,提出柱面光栅概念,并对其衍射特性和集光本领进行研究。结果表明;在掠入射条件下凹柱面光栅具有与四球面光栅相似的衍射特性,但四柱面光栅可以方便地沿光栅母线方向划分成若干相同部分独立工作,因此,安装水平隔板的掠入射凹柱面光栅单色仪可以用于托卡马克等离子体的真空紫外(VUV)光谱时空分辨测量。

智能材料和智能结构(3)——智能结构的设计、控制和探测

智能结构是当代最具挑战性、最活跃的新研究领域之一。智能结构技术包括材料设计、高等执行和传感技术、自适应计算机算法和能量利用最佳化。智能结构的应用范围从空间飞行器和飞机到大型民用建筑和桥梁。本文综述了智能自适应光学系统波前传感器的设计、智能mm波望远镜的表面控制和振动抑制、智能建筑物层间漂移的激光叉丝监测、智能圆柱形结构应变的光纤光栅测量系统和智能结构的长周期光栅传感器。

双凸柱面透射光栅的衍射分析

本文用付里叶光学的方法分析双柱面透射光栅的衍射特性，用计算机模拟出其衍射光强的分布．计算机摸拟结果与光学实验结果吻合．

一种新型触针式三维弹头痕迹检测系统

介绍一种新研制的触针式三维弹头痕迹检测系统的原理、结构、控制以及实验结果。该系统垂直分辨率为 0 .0 0 5μm ,测量范围 6mm ,圆分辨率 50″,轴向分辨率为 1 .2 5μm 。

柱面光栅Talbot效应

本文在傍轴近似下,导出了柱面波照射下柱面光栅的Talbot自成象一般公式。它与在球面波照射下平面光栅的自成象规律类似。此一般公式在极限情况下,可退化出已知的平面光栅成象公式。

基于LEITZ万工显分度头与光栅测微计的圆柱度测量装置

介绍了一种采用LEITZ万工显分度头与光栅测微计组建成圆柱度测量装置的方法。讨论了根据圆柱坐标系评定圆柱度误差的数学模型，并采用最小二乘法求解。利用该装置对长轴零件进行了测试，初步分析了装置的测量不再自定度及其适用范围。

柱面光栅阵列器件的零位设计

本文对柱面光栅阵列器件的零位设计原理进行了讨论,并利用计算机产生(0,1)区间内均匀分布的随机数方法,将“0”,“1”分别对零位栅线序列{B(I)}各元素赋值。该方法同样适用于其它计量光栅的零位设计。