定日镜场的输出热功率计算模型

基于全国大学生数学建模竞赛赛题的定日镜场分布数据,根据太阳视运动方法,建立太阳跟踪运动模型、阴影挡光效率理论模型、相邻定日镜遮挡选取模型与镜面反射光锥模型,得出了定日镜场的年平均光学效率、年平均输出热功率,以及单位面积的镜面年平均输出热功率,最后通过输出功率的拟合结果展现了模型的合理性。

长波红外减反射膜及锥镜膜厚均匀性研究

红外探测因全天候、作用距离远和抗干扰性好等优点而被广泛应用。本文提出在锥镜上制备8~12μm反射率小于0.5%的长波红外减反射膜,利用Essential Macleod软件,在ZnS基片上完成了长波红外减反射膜的膜系设计。采用物理气相沉积方法,选择n=4.3@10μm的Ge做基片和镀膜材料的粘结层,n=2.2@10μm的ZnS为高折射率材料,n=1.35@10μm的YF_(3)为低折射率材料,完成了光学薄膜的制备。提出锥镜膜厚均匀性的补偿方法,通过使用修正后的补偿挡板,使10°锥镜薄膜厚度均匀性达到99%。利用Lamda1050光谱仪测试了锥镜的反射光谱曲线和薄膜厚度均匀性测试曲线,结果表明所研制的膜层在8~12μm处反射率均值为1.483%,对试验件开展了环境适应性测试,测试结果满足使用要求。

带隔板底水油藏水平井见水时间预测方法

底水脊进是底水油藏水平井开发过程中经常遇到的重要问题,准确地预测底水脊进的时间对于底水油藏合理开发至关重要。针对带隔板底水油藏水平井,基于油水两相渗流理论及流体在多孔介质中的流动规律,建立物理模型,并利用镜像反映和势叠加原理得到底水油藏水平井势分布,推导了带隔板底水油藏水平井见水时间公式。实例计算结果表明,该公式计算结果与实际见水时间相对误差为5.39%,隔板的存在大大延缓了水平井底水脊进的时间,且随着隔板半径增大和避水高度的增加,见水时间越长;水平井见水时间随着水平井段长度的减小和产油量的增大而缩短。该研究对于带隔板底水油藏中水平井段长度和避水高度的设计以及油藏合理开发具有一定指导意义。

非球面反射型扩束器的研究

非球面反射型扩束器由于其独特的优点得到了广泛的应用．本文分析了两种最常用形式的结构和像差特点，提出了一种利用两个不同锥体反射镜的组合实现光束转换的办法，从而消除了系统由于中心遮拦而带来的能量损失．文章还对各种非球面反射型扩束器和折射型扩束器的特点进行了比较．

消除中心遮拦的反射式激光扩束新方案

反射型扩束器由于其独特的优点得到了广泛的应用,但系统存在的中心遮拦现象,使得高斯光束在扩束过程中有４０%左右的能量损失．本文提出了一种采用两个不同锥体反射镜构成的激光扩束新方案,消除了这种由于中心遮拦而带来的能量损失,并分析了对这种结构形式进行变化后得到的其他几种方案．

位于介质锥公共顶点处电荷场的解法分析

镜像法和分离变量法是电动力学教学中的重要内容之一.学生通过学习,掌握镜像法和分离变量法对后续课程的学习有很大的帮助.文章用镜像法和分离变量法给出了位于介质锥公共顶点处电荷场的势.

反射-折射多分辨率全向相机设计

为了满足智能车辆自动驾驶的需要,提出了一种真正单视点、多分辨率的反射-折射式系统,作为车载全向相机。该系统由光学反射器件和折射器件组成,由于使用了椭圆锥镜面的光学反射器件,故其是真正单视点的,能够为车辆前方场景提供比侧方更高的分辨率,同时具有宽广的视场。相机原型和仿真实验结果表明,它的水平分辨率和垂直视场随观察方位角的变化而变化,垂直分辨率不随方位角变化,可实现6倍的多分辨率和180°的大视场。

基于二维MEMS振镜的激光雷达系统的光学设计

近年来人们对具有安全驾驶、智能控制功能的汽车需求增长,使智能驾驶汽车快速发展起来,激光雷达作为智能驾驶的核心传感器之一得到广泛的关注,其中MEMS激光雷达具有高帧率、高分辨率、体积小、成本低的优点,是国内外车载激光雷达的主要发展趋势之一。光学系统是MEMS激光雷达重要组成部分之一,分为发射光学系统和接收光学系统,本文基于镜面直径5mm的二维MEMS振镜设计了发射光学系统,将25W的半导体激光器准直为弧矢方向发散半角为1mrad,子午方向发散半角为3mrad的光束;设计了大相对孔径为1∶1、焦距为11.01mm的镜头作为接收镜头,并提出采用放大倍率为2.2的纤维光锥与16线APD阵列探测器耦合,扩大接收光学系统的视场;APD阵列探测器采用选通模式,提高雷达系统的信噪比。基于此设计结果搭建激光雷达样机,实验验证系统探测距离可达45m,全视场角40°×10°。结果表明系统可一定程度上提高激光雷达探测距离和视场角。

基于直角锥面变形镜的薄管激光光束质量提升新方法

针对大遮拦比窄环宽薄管激光光束质量提升需求,提出了一种基于直角锥面变形镜的薄管激光光束质量提升新方法.采用直角锥面实现薄管激光离轴像差的自校正,再利用驱动单元控制直角锥面变形镜的形变来进一步校正残余像差,进而实现对薄管激光光束质量的提升.以48单元直角锥面变形镜为例,利用有限元分析方法建立了直角锥面变形镜的物理模型,分析了直角锥面变形镜对薄管激光畸变波前的校正能力.结果表明,基于直角锥面变形镜的薄管激光光束质量提升新方法能够有效校正大遮拦比窄环宽薄管激光的波前畸变,显著提升薄管激光光束质量.

微型钻头端刃侧刃缺陷的全景式视觉检测技术

在微钻生产中采用机器视觉方法进行缺陷检测时,其难点在于一次拍摄就获得微钻侧刃的完整的、高分辨率的图像.当采用高倍率光学镜头时,又产生视野与检测范围的矛盾.为解决该矛盾,本文创造性地设计了一套内锥镜面反射成像装置,既可获得微钻端刃的清晰图像,又可获得整个微钻侧刃的清晰图像,使得微钻缺陷的全自动视觉检测成为可能.试验结果表明,本文研发的微钻全景式视觉检测系统,能够满足微钻生产中的自动化检测需求.

底水气藏水平井见水时间研究

底水脊进是底水气藏水平井气藏工程研究中遇到的最大问题。利用镜像反映和势的叠加原理得到底水气藏水平井势分布,导出考虑地层各向异性的水平井产能公式、水平井见水时间公式、底水脊进时任意时刻水脊高度的公式。计算结果表明,底水水平井产能受水平井位置和地层各向异性影响,减小水平井与底水的距离能增加水平井产量;垂向渗透率越大的地层更利于底水驱气藏水平井产能的提高。水平井见水时间主要受水平井位置的影响,水平井离底水距离越近,见水时间越长。投产后底水先以较缓慢的速度上升,到后期上升迅速。实例分析表明,该方法对底水气藏水平井气藏工程设计和理论研究具有一定的指导意义。

基于双锥面镜成像的钻孔摄像系统研究

为了突破以往钻孔成像技术的基本假设(钻孔孔壁是圆柱面)和平面成像问题,从而实现钻孔内岩体结构的真三维成像,自主研发了一套基于双锥面镜成像的钻孔摄像系统。该系统主要由组合式双锥面镜、罗盘、光源、遮光罩、摄像装置和透明玻璃等部件组成,并给出了孔内双锥面镜立体像对成像的方法和全景像对图像的解算公式。通过系统测试与结果分析可知,该系统可以从2个不同角度对同一孔壁结构特性进行像对成像,并得到钻孔孔径的形态变化特征和孔壁细节的差异特征,实现了孔内360°岩体结构的全景立体像对成像和精细化探测。该系统设计巧妙、结构简单、易于实施,提高了对孔壁岩体细微结构的识别能力和探测的精度,有效推动了钻孔摄像技术的发展。

高功率激光器抗失调谐振腔的实验研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光谐振腔的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,提出了两种新型激光谐振腔结构,分别是带角隅反射镜的激光谐振腔和直角内圆锥面反射镜激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了这两种激光谐振腔的输出特性和腔镜失调的关系,并结合平凹稳定腔,对三种激光谐振腔的抗失调稳定性进行了对比。实验结果表明,随着全反镜或平面输出镜失调角的增加,角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降速度小于直角内圆锥面全反镜腔。两种新型谐振腔全反镜的抗失调稳定性都超过平面输出镜。角隅全反镜谐振腔和直角内圆锥面全反镜谐振腔的抗失调稳定性均大大超过平凹稳定腔。

高功率横流CO_2激光器新型激光谐振腔实验研究

在高功率横流CO_2激光器上设计了一种新型激光谐振腔(平—锥腔),实验研究了其输出光束特性,并与平—凹腔的输出特性进行了比较。结果表明:在腔长3m,输出镜光阑直径(?)30mm时,平—锥腔的输出光束模式为TEM_(30)模,平—凹腔与平—锥腔的输出光束发散角分别为2.6mrad、2.1mrad,当输出镜失调1.4′时,光斑缺失率分别为16%、8%,当反射镜失调1.4′时,光斑缺失率分别为20%、5%,因此平—锥腔具有较高的抗失调稳定性,而且锥面全反镜的抗失调性能优于凹面全反镜。