基于双反射镜的2D-DIC变形测量系统开发

二维数字图像相关(two-dimensional digital image correlation,2D-DIC)在测量过程中不可避免地会出现相机光轴与测量表面非垂直,由此产生的离面位移而将导致较大的测量误差,同时在视场受限的环境中难以通过单台相机完成大范围的变形测量。有鉴于此,该文开发了基于双反射镜的2D-DIC变形测量系统,使用双反射镜成像缓解离面运动对2D-DIC的影响,通过可移动相机实现小视场下的图像采集,提出基于频域移位的高精度图像拼接方法,并改进了融合函数,最终获得试样的高分辨率图像。单轴拉伸实验结果表明,轴向应变的平均相对误差相比传统2D-DIC方法降低12.82%,测量分辨率提高约34.92%,验证了测量系统的可行性和有效性。

双反射飞行时间质量分析器高分辨光电子成像谱仪研制

本文报道了一台结合电喷雾离子源和双反射飞行时间质谱的速度成像光电子能谱仪的研制过程,其可用于开展溶液中负离子的光电子能谱研究.在该装置中,电喷雾离子源产生的负离子由四极杆组成的离子引导系统传输至冷离子阱,并对负离子进行富集和冷却,用于后端的质量选择和光电子能谱探测.该装置的关键技术之一是将双反射质量分析器与Wiley-McLaren离子加速聚焦设计进行了串联:这样可以有效地提高质谱分辨,从而准确地选择目标离子,其质量分辨率(M/△M)可达2000以上.该装置的高分辨光电子速度成像系统采用多极电子透镜设计,对于动能为0.59eV的光电子,其能谱峰的半高宽约为5.8meV,相对分辨率为~0.98%本文对该装置的工作原理,结构设计和性能测试情况进行了详细阐述。

红外双反射镜折转光学系统的MTF测量

为了压缩总长度,红外热像仪普遍采用双反射镜折布局(U型)及箱式壳体,而现有传函仪仅能测量非折转布局(一字型)的光学系统的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF),导致传函仪无法接到U型光学系统的像面,因此无法测量其MTF。为了解决该难题,本文采用光瞳衔接的方式,设计和加工一个中继镜组把U型光学系统的像面引出,通过测量组合系统的MTF,再计算出U型光学系统的MTF,从而解决其MTF测量的难题。然后使用6个同一个型号的红外热像仪对测量方法进行验证,在排除影响测量的干扰因素以后,通过测量组合系统MTF,再计算出U型光学系统的MTF。同时,在测量过程中发现5#、6#红外热像仪的U型光学系统的MTF下降较多,通过红外中心偏差测量仪的测量,发现第三、四镜片的中心偏差较大,故重新装调和控制,从而使U型光学系统的MTF有大幅提升。该方法为U型光学系统的MTF测量和性能提升提供了新的思路。

光轴方向任意的晶体连续双折射双反射

根据惠更斯定理,研究了单轴晶体光轴任意方向的双折射与全内双反射,给出了光线方向和光波法线方向的普遍公式讨论了在晶体内沿多个面的连续双折射双反射,分析了前一界面输出量和后一界面输入量之间的联系,得到多次双折射双反射后的光线方向和光波法线方向在此基础上,适当地选取晶体的界面参数,相当于选取光轴方向。

光轴取向任意时单轴晶体内表面上的双反射

根据入射光、反射光和折射光之间的位相匹配条件,利用晶体的折射率面,通过作图法,分析了光轴取向任意,寻常光和非寻常光从单轴晶体入射到各向同性介质时界面上的双反射和折射.从图上直接得到了反射光波和折射光波的位置,然后利用几何关系,得到了光波反射角和光波折射角的解析表达式.根据介质中光波与光线的关系,进一步分析了反射光线和折射光线的位置,并给出了光波与光线的离散角、光线反射角和光线折射角的解析表达式.该方法简单直观,结果具有一般性.

高功率超宽谱双反射面天线优化设计与实验

对高功率超宽谱双反射面天线系统进行了优化改进设计,兼顾辐射性能、馈入反射和功率容量。采用沿能流线设计的"粗胖"实体结构代替板状TEM喇叭极板结构,增加低频电流的回流通道,从而改善天线馈入反射特性。将副反射面设计为尼龙箱体内、外两部分,使其与尼龙箱体之间的连接螺钉不再突出于高压电场中,优化后最大场强下降了约70%,功率容量达到59GW,通过Taguchi优化算法对组合馈源喇叭结构进行整体优化,天线辐射因子rE(辐射场峰值与观测点距离乘积)提高了1.2倍。优化后的天线系统进行了高功率实验,实验结果表明:天线系统功率容量达到30GW,辐射因子超过8MV。

超宽带Cassegrain双反射面天线研究

为了减小馈线损耗和方便天线旋转，设计了超宽带Cassegrain双反射面天线系统。采用FEKO数值模拟软件在0．2～1．5GHz频率范围内模拟了不同副反射面直径的4．5m双反射面天线（焦径比为0．4）的辐射增益，并与相同口径和焦径比的前馈式反射面天线进行了比较。模拟结果表明：当双曲副反射面直径为70cm，焦距为22．5cm时，在0．2～1．0GHz频率范围内，双反射面天线增益比前馈式抛物面天线高1～2dB；在1．1～1．5GHz频率范围内，双反射面天线增益比前馈式抛物面天线小1～2dB。选择直径为70cm、焦距为22．5cm的双曲副面与TEM喇叭和4．5m抛物面组成双反射面天线系统，分别用960 ps和3 as脉宽的单极脉冲源对天线进行了实验研究。实验结果表明：用960 ps和3 as脉宽的单极脉冲激励，Cassegrain双反射面天线在70m轴上远场辐射场波形峰峰值分别为前馈式反射面天线的158％和162％。

大型双反射面天线近轴区辐射FDTD-TDPO模拟

针对大型双反射面天线尺寸过大、使用单一的时域方法无法单独模拟其远区辐射特性,以及使用单一的高频近似技术无法给出准确结果的局限,给出了用于大型双反射面天线时域辐射模拟的并行时域有限差分(PFDTD)-并行时域物理光学(PTDPO)混合方法。先创建两个用于并行计算的进程组,一个用于PFDTD计算,另一个用于PTDPO计算;再根据PFDTD方法计算出双反射面天线馈源的近磁场,同时根据这些磁场使用基尔霍夫表面积分表达式(KSIR)并行计算出次反射面上及其附近的磁场,再使用KSIR并行计算出主反射面上的磁场;最后使用PTDPO方法计算出双反射面天线的远区辐射场的瞬态响应。同时,还给出主反射面口径为40个波长的Cassegrain双反射面天线的算例,并对馈源相同而口径尺寸不同的双反射面天线进行近轴区的时域辐射模拟。

基于偏振双反射膜的5 MHz频差He-Ne双频激光器

提出了一种利用特殊多层反射膜—应力双反射膜制作的偏振双反射膜He Ne双频激光器 ,这种膜对不同偏振光在垂直入射时反射系数相位跃变不同。利用横向Zeeman效应减小模式耦合 ,使激光器能够输出 5MHz频差的正交线偏振光。进行了横向磁场的方向及激光器的偏振特性的实验研究。采用热补偿法稳频后 ,与中国计量科学研究院的碘稳频激光器 (波长扩展不确定度为 2 5× 10 - 1 1 )进行了拍频比对 ,比对结果表明 :激光器的频率稳定度为 1 4× 10 - 1 0 (10s采样 ) ,平均真空波长扩展不确定度为 3× 10 - 8(K =3)。这种双频激光器结构简单 ,光束特性好 ,频差合适 ,适于制作高测速外差干涉仪。

作图法分析光波在两个单轴晶体分界面上的双反射和双折射

通过几何作图法,分析了光轴取向任意时,光波在两个单轴晶体分界面上的双反射和双折射.考虑到入射光波、反射光波、折射光波在界面上相位相等和晶体折射率面的定义,采用斯涅尔作图法,直接在图上得到了两条反射光波和两条折射光波.根据晶体的光学各向异性,进一步讨论了各光波对应的光线方向和振动方向,并通过几何分析,给出了各反射光波、折射光波、反射光线和折射光线位置的一般表达式.斯涅尔作图法简单直观,可以直接获得光波的方向,结果具有普遍性.

冰洲石-玻璃组合双反射平行分束偏光镜设计

为了节省稀有昂贵的冰洲石晶体材料,实现两束偏振光的平行输出,采用冰洲石晶体与光学玻璃组合的方法,给出了一种新型双反射平行分束偏光镜的设计。该棱镜前后半块分别为ZBaF3玻璃、冰洲石,并用溴代萘胶合。由理论分析可知,选择合适的结构角,可以实现电矢量振动方向相互垂直的两束光分别在胶合面、后端面发生全反射,并垂直上端面平行出射。结果表明,棱镜的透射比高于80%,o光消光比优于10-5,e光消光比优于10-3。该设计在节约晶体前提下,保证了较高的消光比和透射比,具有较好的应用前景。

宽角扫描双反射面天线的方向图分析

为了计算双反射面天线的宽角扫描辐射特性,该文给出了一种双反射面天线的方向图混合分析方法.先将几何光学和基于傅里叶 贝塞尔方法的物理光学相结合,提出了一种有效的双反射面天线次级方向图分析方法.与文献中已有结果的比较表明,文中的混合方法是可行和精确的,并采用该混合方法对一个侧馈偏置卡塞格伦天线进行了分析,给出了该天线的宽角扫描辐射特性和增益.计算结果表明,该天线在宽角扫描过程中,辐射方向图无太大畸变,增益损失很小,副瓣电平优于-20dB.

光泵浦双反射带半导体激光器的热效应有限元分析

给出了808 nm/980 nm双反射带布拉格反射镜的反射谱线,建立了光泵浦双反射带半导体激光器件的热学模型及其内部热载荷分布形式,运用有限元分析方法,详细分析了双反射带光泵浦半导体激光器件的热学特性。结果表明,对于激射光反射率为99.96%的单反射带和双反射带布拉格反射镜结构的垂直外腔面发射半导体激光器件,前者的散热性能较好,而后者的最大温升明显低于前者。本文的分析结果可为半导体激光器件的结构优化和实验研究提供理论参考。

双反射峰光纤布拉格光栅调谐与传感研究

介绍了一种基于光纤光栅封装技术的双Bragg波长调谐及传感方案。封装光栅使之产生双反射峰,一个峰对应力更敏感,便于应力调谐,另一个则被温度增敏,更适用于温度调谐。应力调谐时采用了特殊机构,使光纤光栅的张应变与压应变连续并有良好的线性关系,独立调谐范围达5.64nm,温度为23℃至60℃时的独立调谐范围达1.48nm。

复式双反射偏光分束棱镜

基于单轴晶体的双反射效应,提出了两类新型复式偏光分束棱镜,理论分析和实验测量结果表明,该类棱镜具有良好的偏光分束性能。从而开拓了偏光棱镜研制的新途径。

基于双反射面声悬浮器的非接触传输方法

描述一种使用单轴式换能器和双反射面的声悬浮器来实现固体小球在空气中悬浮传输的方法。通过调节上下两个反射面之间的距离,实现聚苯乙烯小球在声悬浮器声场中的水平悬浮传输,小球的传输距离为28.2 mm。文中对两个反射面不同间距下悬浮器声场内的声时间平均势分布和悬浮位置的变化情况进行有限元仿真分析和实验研究。悬浮小球沿水平方向传输路径的数值预测结果与实验结果吻合良好,仿真模型可以被用来有效地预测小球的悬浮及运动轨迹。

毫米波赋形聚焦双反射面天线设计

为实现一种具有近场聚焦、斜波束出射能力的偏馈口径天线,采用几何光学方法设计了一种赋形聚焦双反射面天线。基于光线传播的能量守恒定律、Snell定律及光径长度相等三个光学定律开展了天线主反射面赋形设计,副反射面的设计采用Snell定理作为约束条件。通过理论公式和实验测试研究,实现了一种出射波束口径为110cm、波束出射方向与竖直方向成20°夹角的赋形聚焦偏馈双反射面天线。在中心频率95GHz下,实测相位实现近场聚焦,出射波束与垂直方向成20°夹角。

不同遮拦比的双反射光学系统的研究

本文从夫朗禾费积分公式出发,论述了不同遮拦比的双反射光学系统I_0(环)/I_0(孔)的计算与测试方法,并通过计算和测量获得了有实用价值的数据。从而,为某些红外光学系统设计合理选取遮拦比提供了依据。

基于双反射面的紫外光通信光学天线的研究

紫外通信中大视场光学天线具有重要的作用和意义。在目前常用的复合抛物面聚光器(CPC)的基础上引入双反射面构成了一种新型光学天线。双反射面能够有效地滤除可见光和红外光。通过对双反射面进行理论推导和光线追迹,得到双反射面能够有效增加CPC视场的结论,最后应用TracePro软件对双反射面和CPC进行建模和仿真,对探测器接收面进行视场和照度分析,为进一步的优化提供了依据。

大口径双反射面天线反射体成型工艺研究

本文主要论述了大口径双反射面天线反射体的结构特点、研制过程及关键制造技术。解决了大口径曲面栅面的制作难题。