类THAAD导引头气动光学效应计算研究

针对类美国末段高空域防御(Terminal High Altitude Area Defense,THAAD)系统的红外导引头外形,开展了气动光学效应计算分析,并将其用于飞行器设计。利用国家数值风洞工程高速流场计算软件NNW-HyFLOW,考虑热化学非平衡效应和材料传热耦合效应,对导引头典型状态的流场进行了模拟,获得了流场的密度、温度、压力等参数和窗口的温度场参数。基于流场参数,利用HyFLOW气动光学传输效应计算功能,开展了红外光学传输成像计算;利用HyFLOW气动光学辐射效应计算模块,开展了流场和光学窗口的热辐射计算。计算结果表明,类THAAD导引头在30 km以上飞行时,流场和光学窗口基本不会影响目标信号的光学传输成像,但流场和窗口的热辐射效应会对导引头识别目标造成影响。不过随着飞行高度的升高,这种影响会减小。

光学参量放大器辅助的复合腔磁系统中磁力诱导透明及快慢光效应

提出了一种含有光学参量放大器的复合腔磁系统。利用系统海森堡-郎之万演化方程和输入-输出关系研究了磁力诱导透明和快慢光效应。数值计算表明:当腔磁系统考虑磁振子-声子耦合时,出现双重透明窗口。磁振子-声子之间的耦合强度增强,透明窗口宽度变宽,深度加深。在系统中调控光学参量放大器的增益,吸收光谱在共振频率两侧出现不对称现象,吸收谱曲线的峰值随光学参量放大器增益的增加而变大。通过调节腔磁耦合强度,改变了吸收光谱和色散光谱的传输特性。此外,探测场的传输速率依赖于光学参量放大器的增益。腔磁系统的快慢光效应及其切换通过调控光学参量放大器得以实现。该研究结果可为量子光学操纵和量子信息存储的研究提供参考。

OCT光学放大效应对儿童青少年轻中度近视黄斑区视网膜厚度测量的影响

目的:利用光学相干断层扫描(OCT)评估光学放大效应对儿童青少年近视眼黄斑区视网膜厚度测量的影响。方法:选取2023-04/2024-01就诊于我院眼科中心的68例126眼6-18岁儿童青少年。按照等效球镜度数(SE)分为轻度近视组(-0.50 D0.05)。在中度近视组中,校正前后黄斑区各象限视网膜厚度以及平均视网膜厚度比较有差异(均P<0.001)。校正前,两组间黄斑区外环颞侧和外环上方的视网膜厚度存在显著性差异(P=0.019、0.035)。其他象限的视网膜厚度在两组间比较无差异(均P>0.05)。校正后,两组间的黄斑区中心凹、内环鼻侧、内环颞侧、内环上方、内环下方、外环鼻侧视网膜厚度及平均视网膜厚度存在显著性差异(均P<0.05)。光学放大效应校正前,黄斑区外环的视网膜厚度与SE呈正相关(均P<0.05),与AL呈负相关(均P<0.05)。通过校正,发现黄斑区中心凹、内环视网膜厚度和平均视网膜厚度与SE存在显著负相关(均P<0.05)。此外,黄斑区各象限的视网膜厚度及平均视网膜厚度与AL均呈正相关(均P<0.001)。结论:光学放大效应对儿童青少年近视眼黄斑区视网膜厚度测量的准确性产生影响,并且随着AL的增加,这种影响变得更为显著。

一阶光学游标效应的全光纤温度传感器

本文提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉计(FPI)和迈克尔逊干涉计(MI)并联的全光纤温度传感器,该传感器由单模光纤依次错位熔接一段悬浮芯光纤和一段单模光纤而成,熔接和切割形成的反射面构成了FPI干涉计和MI干涉计,且MI干涉计的光程约为FPI干涉计光程的2倍(略大于2倍),从而,两干涉计产生了一阶谐波游标效应。实验结果表明,该传感器干涉谱中出现了具有明显一阶谐波游标效应特征的双包络,且随着温度的升高,干涉谱双包络逐渐红移,红移量远大于单个MI干涉计;在20℃~120℃的温度范围内,该传感器的温度灵敏度为208 pm/℃,约为单个MI干涉计的20.8倍,约为单个FPI干涉计的245倍;升降温实验以及同一温度多次测量实验均表明,该传感器具有良好的重复性和稳定性。该传感器在同一根光纤内实现了FPI和MI并联,其传感头总长度仅约为584.4μm,且为全光纤尖端结构,因此,特别适合于小空间环境高温检测。

基于泰伯效应的差分双层光栅光学杠杆放大位移传感器

研制了一种基于泰伯效应的差分双层光栅光学杠杆放大位移传感器。通过理论计算、仿真分析和实验测试,证明在差分双层光栅后面形成了一个多周期复合光场。当两个光栅之间发生相对位移时,该复合光场随输入位移同步发生移动。由于差分结构的光学杠杆效应导致复合光场,复合光场位移相对于实际输入位移会产生放大,结合电荷耦合器件(CCD)相机成像检测方式可实现纳米级输入位移的检测。实验系统差分光栅结构周期分别为1.49和1.71μm。经多次重复测试,复合光场放大周期为~11.6μm,放大因子为~7.8,实验分辨率达到~9.8 nm。受益于位移放大,该传感器满足了纳米级精密位移测量对小周期光学光栅和小尺寸CCD像元的高要求,在机械定位、半导体制造等领域展现出良好的应用前景。

超高声速飞行器光学窗口气动光学效应分析

超高声速飞行器在大气中飞行时,由于气动热和气动力的作用,光学窗口会产生严重的气动光学效应,使目标图像发生像偏移、抖动、模糊和能量衰减。利用有限元分析方法对光学窗口的热光效应、弹光效应和窗口热变形进行研究,计算了由热光学效应、光学窗口热变形引起的点扩散函数峰值大小及峰值位置(像偏移)随时间的变化趋势。根据对温度场的分布分析,计算了温度梯度对透过率的影响以及透过率与窗口热辐射随时间变化的趋势,可为光学窗口的设计、材料的选择及后期的图像处理提供依据。

相移掩模和光学邻近效应校正光刻技术

详细地论述了相移掩模提高光刻分辨力和改善焦深的原理。介绍了光学邻近效应校正方法。

光学浮标阴影效应的蒙特卡洛模拟

通过假设水体的漫射衰减系数和单次散射反照率等光学参数 ,运用蒙特卡罗方法模拟了浮标浮体阴影及其安装的仪器自阴影对水下光辐射测量的影响。结果表明仪器自阴影误差随仪器直径增大而增大。为使浮标引起的阴影误差小于 5 % ,直径小于 2m的浮体比较合适。如果相对于浮体中心线对称安装两个相同的仪器 ,则其中必定有一个仪器的阴影误差处于最小的状态。阴影误差还与太阳天顶角、太阳方位角、浮体倾角等因素有关 ,因此 ,浮标应该同时安装GPS定位系统、倾角和方位角等辅助传感器 ,以便在数据处理过程中根据这些辅助参数对浮标阴影误差大小进行分析。

光学遥感对地成像过程中的邻近效应模拟分析

光学遥感的邻近效应可以看作大气点扩散函数(PSF)和地表辐射场的卷积,通过逆向蒙特卡罗法模拟大气PSF,利用辐射传输模型MODTRAN计算地表辐射场,获得遥感器入瞳处的辐亮度值.开展不同对比度目标背景物在典型条件下的邻近效应模拟与分析,结果显示:目标和背景的反射率分布对邻近效应影响很大,背景反射率越大,邻近效应占总辐射的比例越高;暗目标在亮背景下的邻近效应明显大于亮目标在暗背景下的邻近效应;固定成像高度和区域,空间分辨率越高,邻近效应越明显;地面气象视距对邻近效应的影响非常显著,气象视距增大,邻近效应减弱;太阳天顶角增大,邻近效应减弱.模拟结果为高分辨率光学遥感成像系统高精度建模和邻近效应校正算法研究提供了依据.

超音速／高超音速飞行器湍流流场气动光学效应分析

针对高超音速飞行器在大气中流动时所产生的气动光学效应进行定性和定量的分析与计算。通过对高速湍流流场N-S方程的CFD求解,得到在不同飞行参数下,飞行器外围流场的各种参数分布;再运用变折射率流场的光线追迹法,得到红外光在该非均匀变折射率流场中的传输路径;最后应用傅里叶光学理论,结合数值分析方法,计算得到高速湍流流场的气动光学效应传输函数。计算结果表明,气动光学传输函数的幅度响应函数具有低通特征,使得图像发生像模糊;其相位响应函数具有非线性的特点,导致红外成像非线性偏移。本文所得实验结果与理论分析相吻合。

气动光学头罩热辐射效应数值仿真研究

气动热环境下高速飞行器的光学头罩由于受气动热效应作用,其温度急剧升高,产生严重的气动热辐射效应。为评估气动热环境下高速飞行器光学头罩热辐射对探测系统性能的影响,采用有限光线代表连续辐射的方法,并引入热瞳概念建立了气动光学头罩热辐射传输计算模型并对气动光学头罩自身干扰辐射光线在光学系统内的传输进行了数值仿真,考察了光学头罩温度场为非均匀分布时其自身干扰辐射在探测器接收面的辐照度分布。研究结果表明:由头罩顶点求得的热瞳是光学头罩热辐射能的公共入口,它可将光线追迹的时间减小至追迹全部光线所需时间的十几分之一;根据探测器接受面干扰辐射随时间的变化趋势可知在飞行数秒后头罩干扰辐射将淹没目标信号,气动光学头罩热辐射效应不容忽视。

聚苯胺／聚氯乙烯和聚苯胺聚甲基丙烯酸甲酯复合物薄膜三阶非线性光学效应

聚苯胺／聚氯乙烯和聚苯胺聚甲基丙烯酸甲酯复合物薄膜三阶非线性光学效应欧阳萌，龚克成（华南理工大学高分子材料系广州５１０６４１）莫党，王惠，林位株（中山大学物理系广州５１０２７５）关键词聚苯胺复合物，光学透过率，三阶非线性光学效应对于具有共轭双键结构的...

带凹窗斜劈高速湍流气动光学效应研究

采用数值方法分析研究了带凹窗斜劈高速湍流气动光学特性受窗口深度的影响。湍流数值模拟采用耦合J-B模型的RANS/LES混合方法即DES方法,依靠双时间步LU-SGS方法开展非定常迭代求解,并且利用物理光学方法和波前重构技术等计算气动光学效应,用于分析近场波前畸变和远场光斑分布情况。模拟结果表明,在窗口较浅时,窗口前缘处产生较强激波,带来更大的波前倾斜影响,而窗口较深时,分离剪切层、旋涡等流场结构导致气动光学效应的非定常特性更为显著;高速湍流导致的气动光学效应很强,在所模拟条件下,波前倾斜、均方根光程差、峰谷值以及Strehl比分别达到69μrad、0.22λ、1.2λ和0.31,其对应的跳动值38μrad、0.04λ、0.8λ和0.43。

光学系统热效应及分析软件研制

研究温度对光学系统的影响 ,讨论无热设计方法 .采用温度热膨胀系数和光线追迹分析温度变化对光学系统结构参数的影响及成像质量的变化 .研究表明 ,温度对光学系统的影响是明显的 ,无热设计是可行的 .温度的热效率不可忽视 。

光学方法对润湿效应形成弯曲液面的理论及实验研究

利用光学方法对润湿效应下的弯曲液面进行了研究.当准直、扩束的激光垂直入射到弯曲液面上时,其反射图样中心为一圆形暗场,周围为明场的光强分布,暗场大小与入射光束所覆盖的液面面积有关.当入射光束直径较小时,反射图样中暗场尺寸较大.随着入射光束直径增大,暗场区域变小.根据液面形成机理,从几何光学角度对这一现象进行了研究和分析,得到了弯曲液面高度随距离变化的解析关系式,并与Yong-Laplace方程进行了比较,实验和理论符合较好.

光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟

以红外成像制导技术在高速拦截器上的应用需求为背景,进行了光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟。应用雷诺平均NS方程并选取了适当的湍流模型,对凹窗、凸窗和球头3种光学头罩的高速飞行器绕流流场进行了数值模拟,得到了绕流流场密度分布;研究了脉动流场引起的气动光学传输效应的计算方法,应用几何光学、物理光学和统计光学方法进行了光学传输效应计算,得到了点扩散函数,即像面光强分布。通过瞄视误差、Strehl比、含能半径等气动光学效应参数描述了流场引起的成像畸变,并分析了不同外形、飞行状态和光学系统参数对光学传输效应的影响。

激波光学折射和反射效应对激光近程目标探测影响研究

由于飞行器超音速飞行产生的激波,对其上的激光近程探测系统的激光光波传输产生折射和反射效应,引起测距误差和杂波影响。结合光学理论,提出了一种基于激波前后空气密度比的激波折射和反射效应的简洁工程算法,并推导出激波折射效应引起的测距误差公式和激波反射效应引起的杂波功率公式,从宏观角度对上述两种效应进行了仿真计算和分析,从而为激光近程探测系统的研究提供理论依据和方法。

PbS半导体超微粒子的量子尺寸效应和光学性质

本文研究了PbS半导体超微粒子的量子尺寸效应和光学性质以及它们周围介电环境对其光学性质的影响,发现表面修饰有效地减少粒子表面缺陷,增加它们的发光强度。利用紧束缚模型,讨论了实验结果。

激光辐照光学镜头猫眼效应反射率测试

为了验证普通光学镜头猫眼效应的存在性和应用可行性，利用532nm激光辐照调焦范围为12～72mm的普通摄像镜头，测试了猫眼效应绝对反射率及其与镜头焦距、F数、入射角等参数的关系。采用双光路同时测量法，解决了猫眼效应反射光与入射光相互干扰不易测试的问题。结果表明，该镜头的猫眼效应绝对反射率最高可达35．87％，并且与焦距正比，与F数和入射角成反比；近场时的几何发散角与焦距和F数成反比。

质子和电子对光学反射镜辐射效应的研究

研究了能量为E=160keV质子和电子单独及综合辐照作用对两种空间反射镜光学表面的影响。观察到在辐照剂量达到Φ=10×105/cm2后反射镜表面形咸了明显的结构缺陷,并导致某些谱段反射率的降低和成像质量的下降。辐照诱发缺陷的类型及分布特征除与粒子种类和反射镜结构有关外,还依赖于试样的接地方式。质子幅照主要引起反射镜表面膜层的起泡现象;电子辐照则使SiO2保护膜着色;综合辐照的影响复杂,尤其是在接近于空间使用条件的第二种接地方式下,起泡现象和静电效应成为镜面损伤的主要机制。