闪烁体光束准直光学系统设计

为更好地实现对闪烁光的高效率收集和高质量准直,提升探测效果,便于进行后续的闪烁体光束控制或偏转等实验,分别提出了同轴光束准直系统和离轴光束准直系统,设计优化了该系统中的自由曲面透镜、二次曲面反射镜等器件的参数。采用光学软件LightTools对闪烁体光束准直系统进行仿真。结果表明:所设计的同轴光束准直系统和离轴光束准直系统均能有效地实现对闪烁光的准直,其中自由曲面透镜离轴反射镜系统将光束发散角从±40°压缩为±5°,光能利用率可达96%以上,光束角内光能利用率达83%以上,实现了对光束传播方向的调控,提高了闪烁光的收集效率。

长出瞳距静态星模拟器准直光学系统设计

为提高静态星模拟器对无穷远处星空的模拟精度以满足星敏感器地面标定需要,提出一种长出瞳距静态星模拟器准直光学系统的设计方案。首先结合星敏感器地面测试要求得到星模拟器技术指标,进而计算得到准直光学系统的设计参数,其次选取埃尔弗目镜作为初始结构,通过Zemax软件进行设计优化,主要针对系统的畸变进行约束,最终设计结果为:视场6°,焦距343.77 mm,出瞳距1000 mm,全视场范围内畸变小于0.0276%,MTF接近衍射极限,结合公差分析结果,表明系统成像质量较高且具备良好的稳定性。最后通过对静态星模拟器星点位置误差的计算分析,得到系统的星光出射精度优于6.16″,能够实现在长出瞳距下对无穷远处星空的高精度模拟。

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。

基于电阻阵列红外场景投射的准直光学系统设计

详述了一种大出瞳距红外准直光学系统的设计过程。该准直光学系统可以同时向被测系统投射准直的红外目标和干扰辐射信号,工作于中波红外波段,焦距150 mm,视场±4°,出瞳直径100 mm,出瞳距1000 mm。给出了最后的设计结果,光学系统设计接近衍射限,各项性能均达到设计指标要求。

一种精密光学系统自动准直的方法和分析

基于外差干涉仪原理描述了用于精密空间光学自动准直的新方法，分析了利用这种方法进行光学测量的系统误差。结果表明，只要较好地控制倾斜误差或照明光源的质量，系统误差就可以消除。

双通道红外准直投影光学系统设计

介绍了一种双通道准直投影光学系统的设计。重点讨论了光学系统参数的分配以及利用Zemax光学设计软件多重结构功能进行优化的方法,并利用蒙特卡罗分析对系统的公差进行了分析。光学系统采用望远系统和成像系统组合,在望远系统和成像系统之间的平行光路中插入分束镜引入第2个目标源通道。光学系统工作波段8μm～12μm,视场12°,焦距228.3mm,入瞳距800mm,目标通道1和目标通道2的最大角分辨率分别为0.18mrad和0.17mrad,满足了投影系统的设计要求。

大气激光通信准直光学系统设计

在分析光能耦合效率随光准直系统的数值孔径变化规律在基础上,提出了根据光能耦合效率来确定准直光学系统的数值孔径的方法(不同于成像光学系统中确定数值孔径的方法),合理设计了准直光学系统,为大气激光通信准直光学系统的数值孔径的确定提供了一种有效方法。

脉冲式半导体激光器准直光学系统的设计

根据具体的探测环境和探测精度 ,通过理论分析 ,提出了脉冲式半导体激光器准直光束的单透镜设计方法和柱面透镜的设计方法 ,并且给出了具体的设计参数。可以获得高斯光束的准直发散角为 1.48mrad ;高斯光束的腰粗为 0 .32 5mm。

静态星模拟器准直光学系统设计

为了提高静态星模拟器对“无穷”处恒星的模拟精度,通过研究准直光学系统对星模拟器测量精度的影响,提出了一种静态星模拟器对“无穷”远处恒星进行高精度模拟的光学系统设计方案。首先根据星敏感器的地面标定要求,得出星模拟器的光学系统设计指标参数,并利用ZEMAX软件设计出具有高成像质量的光学系统。最终设计结果为:焦距248.989 mm,光谱范围500~800 nm,有效通光口径65 mm,视场10°。然后对所设计出的准直光学系统产生的各像差曲线进行像质分析。结果表明,10°视场内的畸变值小于0.05%,各视场均方根半径均小于弥散斑尺寸,满足技术指标要求。最后采用徕卡经纬仪6100A对星点板上各星点进行测试,测试数据表明,星间角距误差优于10″,实现了对“无穷”远处恒星的高精度模拟要求。

高效半导体激光器准直光学系统的研究

本文提出了用光学系统来校正半导体激光器出射光束的发散性及不对称性的新方法。并采用不同的结构形式,设计了不同类型的准直光学系统,获得了光束尺寸小于0.5mm的高效准直细光束,整个系统的波象差小于0.03λ。

激光基准信标仪光学系统的设计

对激光光学准直系统进行了设计计算,绘制了激光电路图,并对激光器在本仪器中的使用进行了分析与探讨,给出了 最佳的使用条件及使用寿命。

基于LCOS拼接技术的动态星模拟器光学系统设计

为了满足动态星模拟器大视场、高精度的技术要求,针对传统星模拟器光学系统的技术特点,提出了一种基于硅基液晶(liquid crystal on silicon,LCOS)光学拼接技术的动态星模拟器光学系统设计方案。结合动态星模拟器的技术指标,使用LCOS作为星图显示的核心器件,通过LCOS光学拼接技术来实现星图显示覆盖全视场并满足拼接误差≤10″的拼接结果。根据动态星模拟器的工作原理,设计小畸变、平场复消色差的准直光学系统以实现动态星模拟器实时准确模拟星点,其设计结果表明:在10.2°视场角内准直光学系统相对畸变≤0.025%,调制传递函数(modulation transfer function,MTF)在60 lp/mm达到0.7。通过经纬仪实际测量,其星对角距误差≤25″,单像元等效张角误差≤6″,满足设计指标中的要求。

激光测距机发射光学系统透射特性研究

为分析激光测距机发射光学系统透射特性对测距性能的影响,利用光线追迹公式和部分偏振光理论,得出了激光测距机发射光学系统透射率的定量解析式。针对发射光学系统特例,定量分析了其透射率与入射激光束偏振参量和几何光学参量间的关系。结果表明:随着入射角增加,激光束偏振参量对发射光学系统透射特性将产生较明显影响,当激光器发射的激光脉冲是随机的部分偏振光时将引起测距机发射激光脉冲能量的随机变化。

双通道红外投影光学系统的分析和设计

分析了双通道投影系统光路,介绍了准直投影光学系统的设计。此投影系统由目标源和干扰源2个通道组成,2个通道共用一个光学系统。光学系统采用二次成像结构来满足外形及质量的要求,在光学系统的最后一面和焦平面之间插入分束镜来引入目标源通道,并通过减小分束镜的厚度来控制干扰源通道的像差。光学系统工作波段为8μm～12μm,焦距315.69mm,视场8.5°,入瞳距900mm,最后的像质表明此光学系统能够满足使用要求。

大视场可见光目标模拟器光学系统设计

具有特定视场的动态可见光目标模拟器是可见光成像系统测试与评估的关键设备,该模拟器的准直投影光学系统决定了基于数字微镜阵列(DMD)的动态景象投射器的性能。根据成像系统测试与评估需求,本文对可见光准直投影光学系统进行设计。基于对投影光学系统的参数计算,设计了视场58°的大视场可见光目标模拟器光学系统。将设计结果与成像光学系统进行匹配仿真,获得了良好的配合效果。通过对所研制的系统进行测试,实验结果表明所设计的光学系统完全满足模拟器的要求和对动态场景的仿真需求。

高精度激光准直系统的研制与分析

阐述高精度激光准直系统的总体构成及特点,着重分析高斯激光束经过薄透镜的变换规律、最佳准直区域以及激光准直光学系统的设计思路。给出系统光电接收转换元件的主要技术参数、直线度误差测评软件的设计方法和用于高精度激光准直系统实现直线度误差的静态、动态测量方法和直线度误差的主要评定方法。利用开发的测评软件,对系统进行了实验测试,给出了实验结果,并对该系统的应用作了展望。

用于标准散射体定标的均匀照明光学系统设计

根据用于校准能见度仪的标准散射体定标系统的照明需求,设计了均匀照明系统。结合照明光学系统的技术指标精度及范围,分析选取LED作为系统光源;基于聚光器二次配光设计的思路,分析了CPC二次配光反射镜的设计依据,进而完成设计;设计了开普勒式准直光学系统以及积分式匀光系统,利用软件对均匀照明光学系统进行仿真分析并进行实验验证。实验结果表明,均匀照明系统的出射光发散角优于±4.3°、辐照面均匀性优于90.98%,满足近似平行光均匀照明使用条件。

基于双DMD的红外场景投影仪光学系统设计

为提高中波红外场景投影仪的帧速和灰度等级,提出了一种基于双数字微反射镜器件(DMD)的光学系统方案。该光学系统包括照明系统和准直投影光学系统,照明系统采用可提供均匀照明的柯勒照明系统,利用2个非球面透镜简化结构,采用3片式全内反(TIR)棱镜来实现光路的折转衔接以及2个DMD调制的叠加;准直投影光学系统采用二次成像结构,通过合理分配各透镜组光学参数,并采用非球面透镜进行优化设计,得到的光学系统F数为0.94,入瞳距为850 mm,角分辨率为0.19 mrad。投影仪的测试与仿真结果表明此光学系统完全满足红外场景投影仪的使用要求。

特定辐照度下均匀辐射的红外星模拟器光学系统设计

为实现星光定向仪地面标定工作,同时满足辐射均匀性、特定辐照度和光谱三项模拟要求,提出了特定辐照度下均匀辐射的红外星模拟器光学系统设计方案。根据辐照度模拟要求和均匀辐照要求,建立光源系统辐通量传递模型,设计了满足辐射光谱要求的均匀辐射光源系统。结合星光定向仪和红外星模拟器的对接要求,设计了具有高成像质量的透射式准直光学系统。结合设计结果,利用Tracepro软件对光学系统进行建模,仿真分析光源系统辐射面和光学系统出口处的辐照度和辐照均匀性,并利用辐照计对光源辐射面辐照度和均匀性进行实验测试,验证理论分析的准确性。实测结果表明,光源辐射面的辐照度达到指标要求,辐照不均匀度为2.75%,满足红外星模拟器研制要求。

高精度动态星模拟器的光学系统设计

为了完成星敏感器的地面标定工作,满足动态星模拟器大视场、高精度的技术要求,根据动态星模拟器的工作原理,利用ZEMAX软件完成光学系统设计,实现了高精度动态星模拟器准确模拟星点。实验结果表明:系统焦距为110 mm,视场为16°,光谱范围为0.5~0.8μm,全视场角内准直光学系统相对畸变≤0.05%,在60线对/mm时调制传递函数(MTF)优于0.7。提出了装配后确定系统实际焦面的方法,最后对光学系统实际出射精度进行分析和实验验证,验证结果表明:设计的高精度动态星模拟器光学系统的成像精度达到9″,实测的星间角距误差均优于13″,整个系统可以满足高精度动态星模拟器的使用要求。