低温红外离轴三反准直系统设计

为实现真空100 K低温环境中的红外设备测试,设计了一种离轴三反式的准直系统。该系统采用无热化设计,整机结构选用SiC材料,在镜体与支撑结构连接处采用C形开口胀销作为柔性结构,补偿连接结构的低温变形。系统整体除反射镜外,其余部分全部包裹在低温辐射冷板内。低热导绝热支撑结构在热传导链中起热屏蔽作用,实现系统的绝热支撑和快速制冷。在100 K低温环境下对单镜进行仿真分析,主、次、三镜的面形误差均小于λ/50;整机分析得到主、次、三镜的面形误差均不大于λ/30。常温下系统各个视场波前差在λ/14~λ/8内,低温下系统视场波前差在λ/8~λ/7内,根据瑞利判据可认为波面无缺陷。当λ=632.8 nm时,常温下系统在50 lp/mm频率的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)大于0.7;低温下的MTF大于0.6,满足系统在50 lp/mm MTF大于0.6的使用要求。仿真结果表明,准直系统可以在100 K真空环境中稳定输出平行光,满足低温红外设备的测试需求。在快速辐射制冷材料级实验中,历经18 h,温度稳定在130 K;历经30 h,SiC镜坯温度稳定在110 K。该实验验证了SiC反射镜快速辐射制冷的可行性。

基于折射/全反射/反射/折射结构的LED准直系统的设计

设计并优化了高效且结构紧凑的折射/全反射/反射/折射式(RIXR)LED准直系统,用于收集大角度范围内的光线获得具有较小发散角的准直光束。首先,根据非成像光学理论中的边缘光线原理以及多面同步(SMS)设计方法计算系统初始结构的面型;然后,利用Zemax光学设计软件对初始结构进行优化设计;最终得到最佳结构的LED准直系统。优化设计得到的RIXR型准直系统的半口径为20 mm、纵横比为0.25、集光角为200°。LED准直系统经反向光线追迹得到边缘视场(±3.178°)点列图的均方根半径<2.1μm,故边缘视场达到了很好的聚焦效果。充分考虑材料的吸收损失和界面的反射损失后,光能利用率高达83.48%。实验表明,基于RIXR结构的LED准直系统具有光能利用率高、结构紧凑、体积小、便于应用等特点。

激光准直系统中的杂散光分析与抑制

针对不同光学系统中存在的杂散光所造成的假信号或信号饱和影响,本文结合像面照度分析和消光环抑制的方法,对准直系统进行分析,找到产生杂散光的主要原因,设计了3种不同结构的消光环以消除杂散光。仿真实验结果确定了最优形式的消光环结构,边缘杂散光抑制最大下限值为0.38%,平均抑制值5.68×10^(-4)%;以此模型为基础,进行了杂散光抑制实验。实验结果表明,带有消光环结构的准直系统可以有效抑制杂散光,保证了后续光学系统的功能实现,对其他杂散光抑制系统具有借鉴作用。

合肥光源利用电阻分流法的基于束流准直系统的研制

介绍了合肥光源基于束流准直系统的研制 ,该系统利用可开关的电阻分流法构成 ,并采用固态继电器进行四极铁分流控制。利用该系统可以测量束流位置检测器的电中心相对相邻四极铁磁中心的位置偏移。

半导体激光束准直系统的研究

根据二维高斯光束的传输与变换特性，从波像差理论出发，合理设计半导体激光束的准直物镜，并利用几何光学方法推导出正确的校正像散及旋转对称化变换的计算公式。

自动读出的光纤激光准直系统

本文分析了影响激光准直精度的主要因素，提出了相应的改进措施，介绍了自动读出的单模光纤激光准直的原理和系统结构，最后给出了系统在各种条件下的实验结果。

基于矢量运算的光电自准直系统建模研究

针对光电自准直系统现有简化模型的局限,研究了一种基于矢量运算的的建模方法。以矢量运算理论为基础,通过对分划板任意点经光电自准直系统成像进行一般性分析,建立了分划板点坐标、平面镜转角与回像点坐标相互关系的数学模型,并提出了理想自准直系统的概念。通过数值仿真,分析了回像轨迹与平面镜转角的关系以及简化模型的原理性误差。根据分析的结论,进行了激光自准直实验验证。文中建立的模型对于大范围、高精度的光电自准直系统设计、误差分析与补偿具有一定的指导意义。

准直系统对静态傅里叶变换光谱仪的影响

准直系统为静态傅里叶变换光谱仪提供准直光,其品质对光谱仪复原光谱的信噪比有着决定性的影响。研究基于菲涅尔标量衍射理论,通过数值计算软件建立了静态傅里叶变换光谱仪的物理光学仿真模型,详细探讨了准直镜头各种赛德尔像差及扩展光源尺寸对静态傅里叶变换光谱仪的影响。仿真结果表明:各类像差对光谱信噪比影响的大小呈现明显的规律性;特别是,轴外像差对光谱信噪比的影响还与光源点所处的象限位置有关;最后仿真得到了扩展光源的最大容许半径为0.65mm。此研究结果将用于准直系统的设计。

双光束补偿准直系统

本文提出一种新的双光束补偿准直系统。该补偿系统利用特殊的光路，当激光经过此光路后，产生两束对称输出光，当入射光发生角漂时，输出的两束光对称的上下漂移，其对称中心线保持不变，从而起到补偿作用，大大提高了准直准确度，其准直误差可≤２×１０－６量级。

捣固车曲线激光准直系统的研制

为解决线路长波不平顺问题,研制了能够引导捣固车实现自动起道、拨道功能的长基准测量系统——曲线激光准直系统。该系统利用激光方向性好、测距长、亮度高、能量集中的优点,集激光、机械、电子、液压、控制等技术于一体。现场试验表明,该系统能有效检测线路长波不平顺,尤其是可对曲线进行测量并引导捣固车起拨道作业,满足捣固作业精度要求。

光通信中激光束准直系统优化设计分析

本文着眼于空间解析几何,加上矢量形式折射定理分析了非球面及非轴对称激光束准直光学系统,利用理论知识详细推导了空间光线传输,获得光束发散角传递矩阵递推公式,科学有效的优化了激光束准直系统,以促进在光通信中的推广应用,推动光通信传输的发展进步。

基于折射-反射-折射结构的LED准直系统设计

为解决LED作为朗伯光源难以直接应用的问题,运用非成像光学设计理论,提出一种面向大功率LED的准直系统设计方法,采用折射-反射-折射式(RXR)的光学系统对LED大角度范围内的出射光收集并准直,得到较小发散角度的准直光束。首先利用光学扩展量守恒定律、边缘光学原理以及同步多曲面(SMS)设计方法计算系统轮廓曲线上点的坐标,然后在SolidWorks中对坐标点进行拟合得到轮廓曲线,进而得到整个系统模型及适合数控加工的面型数据,其出光口径为50mm。借助光学仿真软件TracePro进行模拟,发现光束发散半角在±1.3°左右,能量利用率在90%以上。结果表明,用该种方法设计的准直系统结构简单,体积小,便于应用,有效实现对LED出射光的收集和准直。

真空激光准直系统在大坝变形监测中的应用

大坝变形监测是大坝安全监测中的一个重要内容,较为详细地介绍了真空激光准直变形监测系统的工作原理、系统组成及优缺点,着重讨论了激光光束的漂移、激光设备的通用性等问题的解决方法,可供系统建设参考。

电荷耦合器件激光自准直系统轴系精度分析

随着导弹瞄准精度和射击精度的提高 ,对于配套的导弹瞄准测量系统的精度要求越来越高。电荷耦合器件 (CCD)激光自准直系统的轴系精度很大程度上决定整个仪器的测量精度和使用精度 ,运用传统的误差理论 ,分析了影响轴系精度的尺寸、形状、位置误差等各种因素。针对该系统的垂直轴和水平轴的结构特点 ,进行了详细的轴系精度分析。通过对多批量设备的检测 ,其结果证明此系统轴系精度非常高 ,说明其结构设计是合理的。

自聚焦透镜用于准直系统时附加耦合损耗的研究

一对1/4 节距的自聚焦透镜构成的准直系统存在三种装配误差:纵向偏移、轴向偏移、角度倾斜,由此产生一定的附加耦合损耗.作者采用同时使用射线理论和模斑失配原理结合的新的分析方法,对这种损耗进行了研究.并讨论了使用直角棱镜作为转向元件的垂直准直系统的附加耦合损耗.研究表明,加入直角棱镜后,除纵向偏移产生的附加耦合损耗有微小增加以外,轴向偏移引起的附加耦合损耗略有减小,而角度倾斜产生的附加耦合损耗约减小到原来的44 % .

ZEMAX在透射仪测量光路准直系统设计中的应用

在ZEMAX非序列环境下建立了透射仪光学系统模型。利用建立的模型研究了LED光源表面特征对透射仪测量光路准直的影响,并通过增加扩散片优化了光学系统结构。对提出的基于扫描方式的测量光路准直方法进行了仿真研究。研究结果表明,基于该方法方位角测量最大相对误差为2%,验证了该方法的可行性。

真空激光准直系统在金安桥水电站变形监测的应用

真空激光准直系统是我国自行研制的具有高精度且能同时观测水平位移和垂直位移的监测仪器。研究重点介绍了金安桥水电站大坝真空激光准直系统的系统组成和系统工作原理。在大坝坝顶左岸、坝顶右岸及廊道布置真空激光准直系统,通过对这些测点的位移数据收集,及时准确地反应了大坝位移的情况,能够实现对大坝坝顶左岸、坝顶右岸及廊道的监测,取得了良好的效果。作为新兴的监测手段,激光系统设备在监测中发挥了其时效性强、监测变量多、精度较高等特点,能够很好地实现大坝水平和垂直位移同步自动监测,具有很高的实用价值。

真空激光准直系统在白石水库大坝变形监测中的应用

文章在介绍真空激光准直系统工作原理、系统组成、系统布置、主要性能及技术指标的基础上,对该系统在白石水库大坝变形监测中观测的资料进行了分析,得出应用真空激光准直法监测大坝变形,能够实现水平和垂直位移同步自动监测,精度高,故障率低,便于维护。

准直系统热光学效应对静态傅里叶变换红外光谱仪光谱复原的影响研究

在以多级微反射镜为核心器件的静态傅里叶变换红外光谱仪中,由于准直系统距离红外光源较近,光源的热辐射会导致其局部温度升高,从而引起材料折射率发生改变,使得由准直系统出射的光束存在一定的发散角,进而影响光谱仪系统复原光谱所能达到的分辨率水平.本文研究了光谱仪系统正常工作状态下准直系统各区域的温度分布情况,由此计算出了相应的离焦量.通过计算准直光束发散角在光程差采样区域内的分布,分析了由此引入的附加光程差对光谱复原的影响.通过计算光谱结构误差随准直系统温度的变化,得到了准直系统温度控制的合理范围.最后,对基于SiC光源的光谱仪进行了实验,结果显示制冷光源复原光谱的光谱结构误差与非制冷光源的光谱结构误差相比有明显改善.因此,降低光源温度对减小准直系统热光学效应的影响是非常有效的.本文的研究结果将为解决同类问题提供参考.

真空激光准直系统在大坝安全监测中的应用及发展

本文对真空激光准直系统在大坝监测中的应用情况和使用效果加以评价 。