异源共光学系统多分辨率图像的融合

在激光照射性能监测系统中,考虑到对成像激光光谱特性、命中率测量精度的要求,为保证图像的探测动态范围,提高光斑命中精度的测量准确度,使用可见光传感器和红外传感器获得图像。采用加权平均法、PCA变换法、金字塔小波变换法,对共光路光学成像系统的多分辨率图像进行融合,通过融合性能评价指标对以上融合方法进行比较。实验结果表明:基于金字塔小波变换的图像融合方法具有更为理想的图像融合效果,可以提供更多、更有效的信息,提高了图像的分辨效果,能更好的识别光斑。

空间成像与激光通信共口径光学系统设计

针对空间成像系统与激光通信天线同时需要大口径光学系统而使卫星载荷质量增大的问题,提出了一种成像光学系统与收发合一激光通信天线共口径工作的新型光学系统。从像差理论出发,给出了以主次反射镜为共用部分、成像和通信工作在不同视场的共口径光学系统初始结构设计方法。实际设计了共口径光学系统,该系统口径为600mm,次镜遮拦比为0.225,成像系统的传递函数在50lp/mm时大于0.47,接近衍射极限;发射分系统波像差远小于λ/20,发射激光的最小束散角可达4μrad,出射光斑质量良好;接收系统达到衍射极限,光斑远小于探测端面,满足探测要求。最后,进行了公差分析,给出了光学系统的装调方法。该设计通过共用主次镜减少了系统总质量和总体积,同时满足空间成像和激光通信系统的性能要求。

多谱段共孔径跟踪/引导系统光学设计

共孔径光学结构可以充分利用长焦距、大孔径光学系统高分辨率的特点,是光学系统发展的重要方向之一。文中设计了一套可见光成像、激光成像和激光测高共孔径的跟踪引导系统。共孔径设计结合了高分辨率的可见光系统与高测量精度的激光系统,使系统既可以获得目标的高清图像,又可以得到目标的相对位置信息。同时,共孔径光学结构可以压缩系统尺寸,降低光学系统在跟踪过程中的转动惯量,有利于系统的整体实现。可见光子系统的焦距1 200 mm,F数6,视场±1.2°;1 064 nm激光成像子系统焦距1 500 mm,F数7.5。各系统的成像质量均接近衍射极限,并通过公差分析验证了系统的公差分配结果。

共形光学系统瞬时视场外杂散光的分析及处理

针对空间成像光学系统的像质容易受到瞬时视场外杂散辐射的影响,利用杂散光分析软件建立一个共形光学系统光学机械结构模型,并对其进行反向光线追迹,从而确定出该系统中对瞬时视场外杂散辐射光的聚集贡献较大的关键表面及视场外杂散辐射光的主要传递路径。采用在系统中加入多级挡光环辅助结构的方式获得了100%的瞬时视场外杂散光屏蔽效果。该设计方案具有简单易行的特点。

共轴对称球面光学系统仿真模型设计

为了优化共轴对称球面光学系统的设计,对共轴对称球面光学系统进行了数字化模型的开发,设计了基于计算机仿真的数学模型。在此基础上运用模块化程序设计思想,设计了仿真模型的模块化结构,利用交互技术解决了实验参数的人机交互,并开发了仿真模型核心模块的程序代码,建立了完整的基于计算机系统的共轴对称球面光学系统仿真模型。该仿真模型实现了系统参数变化时成像效果的动态模拟,可以为优化设计提供仿真。

超音速共形光学系统动态热差实时校正研究

随着科技的发展,高速度飞行器对成像质量的要求越来越高。研究了含共形整流罩系统在超音速飞行时由于摩擦生热对其产生的光机性能影响,设计了应用长径比为1的共形整流罩的共形光学系统,系统采用楔形镜进行视场扫描,瞬时视场2ω=4°,扫描视场2ω=60°,完成了速度为3Ma、攻角为0°共形整流罩空气动力学仿真实验,得到了共形整流罩在超音速飞行情况下的表面温度分布值,通过流固耦合,计算出整流罩在高速飞行时不同时间段的面型变化量。通过拟合,将热形变量以Zernike系数的形式施加到共形光学系统中,观察其对成像质量的影响。结果表明:共形整流罩在飞行中所引入的动态像差会对光学系统的成像质量产生影响。为保证系统精度,文中通过采用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)对不同时刻的像差进行校正,校正后系统成像质量接近衍射极限,实现了对共形光学系统在高速飞行下所产生的动态热像差进行校正,对高精度飞行器有着重要科学意义。

基于差动共焦显微技术的微区拉曼光学系统构建与实验研究

研制了一种基于差动共焦显微技术的微区拉曼光学系统装置,对无机样品进行微区拉曼光谱探测。传统显微共焦拉曼光谱技术没有强调系统的定焦能力,而所研制的光学系统装置利用差动共焦曲线过零点与焦点位置精确对应的特性,采用反馈控制技术,具有长时间定焦功能。在微区拉曼散射信号收集时,采用多模光纤空间耦合技术,以光纤代替传统物理探测针孔,提高了环境抗干扰能力,优化了系统结构和装调性能。实验结果表明:该装置具有较高稳定性,可有效探测单壁碳纳米管在1581.510 cm^-1,2708.065 cm^-1特征峰处的拉曼频移及纯物质硫在153.113 cm^-1,219.917 cm^-1,473.322 cm^-1特征峰处的拉曼频移并且实现碳管的单线检测,满足了光谱探测系统装置设计需求。

基于非球面固定校正镜的共形光学系统设计

设计了一种使用固定校正器进行像差校正的共型光学系统,固定校正器采用大口径非球面透镜,对各子跟踪场的像差进行了严格校正。位于固定校正器后的成像系统进行回转跟踪时,搜索角度最大可达±80°,成像质量较好,且不会产生半球形整流罩光学系统在大角度搜索时容易出现的挡光现象。光学系统光阑与探测器冷屏重合,冷光阑效率达到100%。

一种机载多波段共光路望远光学系统

利用一种新型“偏轴三反式”构型设计了多波段共光路望远分系统。该望远分系统具有大口径、放大倍率高、结构紧凑、装调难度低等特点。利用该分系统可以实现可见光、红外、激光接收的共孔径设计,适用于机载光电侦察设备。从同轴三反式结构出发,利用初级像差公式,得到系统初始结构。所设计的望远分系统的通光口径为240 mm,放大倍率为12。该望远系统后端可与焦距为110 mm,探测器为640×512@15μm的红外会聚系统连接,使得红外系统焦距为1320 mm;也可以与焦距为121 mm,探测器为1920×1080@5.5μm的可见光会聚系统连接,使得可见光系统焦距为1452 mm,实现可见光、红外共孔径设计。望远分系统设计实例表明,系统像质接近衍射极限,各像差均得到良好校正。

与整流罩共形的衍射光学系统设计(特邀)

针对口径为300 mm的三种不同面型整流罩,利用衍射光学元件实现了整流罩像差校正。进一步设计了后端成像系统,与像差校正后的整流罩组成共形衍射成像系统。该系统在1.5~1.6μm波段范围、±1°瞬时视场、±20°扫描视场内实现了良好的成像质量。

采用相位板的中波红外共形光学系统设计

为了满足现代军事装备中的侦查需求,提出了一种新型的红外共形成像光学系统,在消除光学头罩引入的复杂像差过程中,采用一对轴向移动的相位板来实现像差动态校正。给出了一个红外共形成像光学系统设计实例,其工作谱段为3.7μm~4.8μm,焦距为40mm,长径比为1.0,瞬时视场为2°,扫描视场为±15°。结果表明,在奈奎斯特频率17lp/mm处,各个扫描视场的调制传递函数均大于0.6,系统的光学传递函数接近衍射极限,各个扫描视场的弥散斑都小于30μm,适用于像元尺寸为30μm×30μm的中红外制冷型焦平面阵列探测器。该研究对于促进新型成像光学装备在军事领域中的进一步的发展、应用是有帮助的。

空间激光传能与红外目标探测共口径光学系统

空间激光无线传能任务中,采用红外目标探测方式实现精确跟踪瞄准。为克服分立光路的激光发射光学系统和红外目标探测光学系统既增加载重又不利于复合轴跟踪的困难,提出了激光传能发射与红外目标探测共口径光学系统。从激光传能距离和红外目标探测距离确定口径值,采用无焦离轴双抛物面作为共口径部分,利用分光镜将808 nm传能光束与7.7~9.5μm的探测光束分离,设计了共口径光学系统。该系统口径270 mm,激光传能发射系统出射波前RMS<0.01λ;红外目标探测系统相对孔径1/4,传递函数接近衍射极限。该共口径系统同时实现激光发射与红外目标探测的功能,可降低航天器进行星间激光无线传能任务的载重。

一种共光路双波段红外光学系统设计

为同时实现目标反射率、温度信息以及复杂背景辐射环境下目标信息的获取,设计了一种共光路双波段红外光学系统。该光学系统采用二次成像结构,选用锗、硒化锌和硫系玻璃结合无热化设计,引入非球面,矫正了光学系统测查与轴外像差,简化了系统结构。光学系统全长不超过145mm,工作波段为中波红外3.7~4.8μm、长波红外7.7~9.5μm,F数为2,视场不小于6°×7°,满足100%冷光阑效率。最终得到的光学系统成像质量优良:光学系统在-40~60℃范围内成像质量良好,中波边缘视场MTF大于0.5,长波边缘视场MTF大于0.25。

成像与激光发射系统的共口径设计与实验

将成像光学系统同时用作激光发射天线的共口径设计可有效减轻卫星载荷质量和应对各种突发状况。首先根据激光通信的能量计算链路,分析了激光发射天线的设计要求,明确了激光发射天线与成像光学系统的不同;然后根据特定的成像光学系统给出了3种具有普适性的共口径设计方法,并对这3种方法的性能进行了分析和比较,给出了它们的优缺点和适用范围;最后对所设计的共口径系统进行了发射光束仿真,经过对设计系统加工、装调后进行了室内的成像、通信实验,结果显示发射激光的最小束散角可达18.2μrad,接近系统衍射极限,出射光斑质量良好,接收到的图像与成像系统所成图像肉眼观测无失配。初步证实该共口径设计可实现光学系统的成像和通信任务要求。

将成像光学系统用于激光发射的设计与分析

为减轻卫星载荷质量和应对各种突发状况,将成像光学系统同时用作激光发射天线的共口径设计具有重要意义。因此根据特定的成像光学系统给出了共口径设计方法,针对其中基于EDFA功放技术的发射单元与成像系统相匹配的耦合镜头进行了分析与设计,基于此研究了发射高斯光束在该共口径系统中的传输及出射光束的场分布,讨论并仿真分析了耦合镜头与成像主次镜距离的改变对出射光束性能的影响。结果表明,共口径设计满足激光发射要求,并且微调耦合镜头与成像主次镜的距离可以改变出射光束的束腰和远场光强峰值能量从而满足不同的通信需求,且对出射光束的总能量没有明显影响。

芯片毛细管电泳激光诱导荧光检测系统的研究

芯片毛细管电泳分析系统在免疫测定、DNA分析和测序、氨基酸和蛋白质分析、生物细胞研究方面有广泛的应用前景。本文介绍了一种芯片毛细管电泳检测系统的设计及其硬件结构和信号处理软件 ,并给出在不同系统条件下的测试结果。

全波形激光雷达系统设计方法研究

全波形激光雷达对目标回波信号进行完整记录和分析,具有测距精度高和目标特征提取丰富的优点。但现有商业全波形激光雷达价格较高,而且内部硬件和软件高度保密,很难满足科研工作更深入更灵活的需求。本文提出了一种全波形激光雷达系统设计方案,利用实验室常用的数字示波器和信号发生器,搭建出一套结构紧凑且经济可行的全波形激光雷达实验装置。

高分辨率共孔径同轴三反光学系统

为实现高分辨率全天候对地观测,充分利用了长焦距、大孔径空间光学系统的特点,设计了可见、红外共孔径光学系统。系统由可见光光学系统和红外子系统组成,视场角1.3°×0.1°,便于共光路同时推扫成像。可见光光学系统采用同轴三反结构,谱段0.38~0.78μm,焦距25 m,F数10,具有中间像面和实际出瞳,便于抑制杂散光。在可见光光学系统出瞳附近分光并以红外子系统与之承接,形成共孔径红外光学系统,谱段8~10.5μm,焦距4 m,F数1.6。优化后,双波段像质均接近衍射极限,满足设计指标且全系统结构紧凑。进行了公差分析,并通过蒙特卡罗方法验证了公差分配的结果满足静态传递函数优于0.2的设计要求。

基于单片机的微型毛细管电泳芯片检测器的设计

采用共聚焦式激光诱导荧光检测法,设计了一种基于单片机的微型毛细管电泳芯片检测器,利用数字信号处理技术和面向对象的设计方法开发了一套与之匹配的信号处理软件。此检测器能够实现对芯片毛细管电泳信号的实时处理与分析。