宽波段平场复消色差显微物镜设计

目前商品化的显微物镜的适用波段范围无法满足360~1000 nm波段范围的相关光子光斑的测量要求。从复消色差基础理论出发,研究了复消色差玻璃组合的选择方法,得到了二级光谱校正效果较好的玻璃组合。采用全球面折射式、无穷远校正的结构型式,设计出一款放大倍率为20倍、数值孔径为0.3、工作距离为10 mm、齐焦距为60 mm、视场为0.66 mm、工作波长范围为360~1000 nm的平场复消色差显微物镜。调制传递函数曲线在80 lp/mm处接近衍射极限,场曲校正满足平场的国际标准,其余成像指标也接近衍射极限。公差分析结果表明,该显微物镜满足设计和实际加工要求。

1.56m望远镜CCD照相机平场检验初步结果

利用1.56m望远镜圆顶平场和天空平场的资料，通过对各种滤光片得到的平场内各区域的统一计，研究了圆顶平场之间、天空平场之间以及天空平场和圆顶平场之间的差异。观测资料分析结果表明，圆顶平场之间相互一致，天空平场之间也相互一致。误差小于1％。除B滤光片之外，在一定范围内圆顶平场和天空平场之间最大差异均小于1％。还给出了一些做好圆顶平场和天空平场的建议。

掠入射平场谱仪高阶像差的计算

依据变栅距刻线光栅的光路函数,利用建立的光路追踪程序计算了入射距离为155 mm时的高阶像差参量,从而给出了一组优化的光栅参量,减小了缩短距离后所造成的像差。

由历史文献记载反演逐年网格点降水量距平场——气候史料客观定量研究的新探讨

本文尝试由历史文献记载直接反演网格式降水量距平场。这项探讨是利用计算机的文字处理功能 ,以“中国三千年气象记录总集”1 ) 为基本资料 ,通过对各地点、各年份气候记载的赋值处理 ,用Cressman插值方法初步反演生成 1 50 1～ 1 90 0年网格降水量距平场 ,其时间分辨率为 1a,空间分辨率为 1°× 1°经纬度。这样的网格资料定量含义明确 ,空间和时间的连续性好 ,可以方便地与数值模拟结果进行对比 ,和进行降水的时间、空间变率研究 ,还可由它生成空间间隔均匀的降水量距平指数的时间序列 ,进行气候变化分析。

零像散宽波段平场全息凹面光栅的优化设计

平场全息凹面光栅的理想像面应为一平面,此时子午焦线与弧矢焦线均位于像面内且彼此重合,形成接近理想像点的光谱像。但子午焦线总是存在弯曲,只有弧矢焦线在满足一定条件的情况下可以成为直线。鉴于此,提出一种满足平场弧矢焦线条件的平场全息凹面光栅设计方法。利用光学设计软件ZEMAX研究了运用此方法设计的零像散光栅的成像特性,并与原有设计方法得到的结果进行比较。模拟结果显示,满足平场弧矢焦线条件的光栅能够达到与原有方法所设计光栅相当的光谱分辨率,而其全波段零像散特性使其拥有更加出色的弧矢方向聚焦性能,显著提高平场光谱仪的信噪比。

光纤耦合CCD相机的平场校正方法研究

对于光纤锥耦合的CCD相机中存在的响应非均性问题进行了阐述 ,针对这种类型的系统的平场校正方法进行了仔细的研究 ,分析了CCD相机输出信号的构成情况 ,并利用这些方法对实际存在较严重的非均匀问题的图像进行处理 ,获得了很好的结果 。

季平均3.2m地温距平场在汛期预报中的应用

１０年以内的各种气候变化，除正常年变化外，其余各种变化或因周期太短（如正常日变化、天气周期变化），或因气温振幅太小（如年际变化、月、季变化等），对３.２ｍ地温变化幅度的贡献均在０.０５—０.１５℃之间，故消除了正常年变化（取距平后的）３.２ｍ地温场（Ｔ′３２）在相当程度上是３２ｍ以下地热活动的反映，特别是｜Ｔ′３２｜≥０５℃的高（低）温中心，基本上是地下热活动的反映。分析了１９８０年以来逐季的Ｔ′３２图，发现其高值中心的演变颇有规律：从初生到最强阶段中心位置少动，此时Ｔ′３２水平梯度较大，强盛阶段一般与本区地震多发时段相连，在减弱和消失阶段表现为水平梯度变小，中心分裂。一个高温中心一般可维持１—５年。处在强盛阶段及稍后一些的高温中心区，当其尺度达到１０００ｋｍ时（用高温区周围的低温轴线的包围区计算），本身可以“制造多雨系统”，使得高温区多雨；当尺度小于１０００ｋｍ时，一般只能影响已有的天气气候系统。

空间外差光谱仪的平场波长定标实验与数据处理

空间外差光谱技术综合了光栅衍射与空间调制干涉两种技术特点。由于干涉仪胶合与光栅刻划过程中存在误差,使得系统平场与理论设计值存在偏差。本文探讨了空间外差光谱仪系统平场定标的原理,通过干涉条纹频率公式推导出了系统平场定标的基本公式,设计了可调谐激光导入消散斑积分球定标方法及定标装置。针对中科院安徽光机所研制的用于大气CO2精细吸收光谱(1 575nm吸收带)探测的空间外差光谱仪样机开展了平场定标实验。定标结果表明,仪器的实际平场波长比理论设计值向短波方向漂移了约0.05nm,满足仪器设计要求。

图像平场校正方法的扩展应用研究

对于图像阵列探测器而言,由于各像元响应的不一致使得所获图像中各像元灰度存在差异(响应的非均性现象),而图像的平场校正可以非常有效地消除图像中各像元响应的不一致性.如果将图像背景或光路中影响成像的一些因素在一定程度上看作是图像探测器的响应,认为它是响应非均匀的组成部分,根据平场校正的原理对其进行处理,则可以获得较好的效果.

微型光谱仪平场全息凹面光栅的优化设计

研究了应用于微型光谱仪的平场全息凹面光栅的设计方法,提出了全局优化和反向优化的设计思想.利用全局优化算法求解了用于设计平场全息凹面光栅的非线性方程组,可以通过调整某些像差项的优化权重,快速有效地完成设计;同时利用反向优化算法对设计的中间结果进行工作位置的微量调节,进一步提高了光栅的光学性能,并阐述了平场全息凹面光栅可以具有多工作位置的原因.以遗传算法为例实现了上述优化思想,并基于TCD1304AP线阵CCD探测器,设计了适用于工作波长为380-780 nm的微型光谱仪系统的平场全息凹面光栅.实际系统经测试得到了良好的成像效果,光谱分辨率可达0.8 nm（50μm狭缝）.

平场全息凹面光栅制作结构与使用结构之间误差补偿作用的数值模拟与实验验证

通过对优化计算出的平场全息凹面光栅制作结构(曝光记录结构)和使用结构(光谱仪分光结构)之间各个参数进行联合数值模拟,得出如下结论:在优化设计参数值附近一个较大范围的误差区域内,平场全息凹面光栅的制作结构参数误差和使用结构参数误差可以相互补偿,最终补偿的结果可以使光谱成像质量达到与原设计结构相当的水平,满足光谱仪器的使用要求。文章给出了数值模拟结果以及与其相符的实验验证结果。此补偿作用有利于降低平场全息凹面光栅制作中各个参数精度的调节难度,并且可以对实际使用过程中光谱仪器的设计和装调进行理论上的指导。

平场全息凹面光栅的设计

介绍一种从罗兰圆结构出发,利用ZEMAX光学软件设计平场全息凹面光栅的方法。此设计方法简便,在兼顾平场和提高分辨率方面效果显著。最后给出了一个设计实例,并对设计结果进行了分析和评价。

线阵CCD平场校正及FPGA实现的研究

为了消除由于照明光源的非均匀性、镜头渐晕及CCD传感器噪声对图像质量造成的不良影响,首先从理论上分析了线阵CCD固定模式噪声和像素光电响应非均匀性的数学模型和产生的原因;对像素光电响应非均匀性这一主要影响因素,根据其光电响应模型提出了CCD像素光电响应非均匀性的两点校正方法,即求解出各个像素光电响应不均匀性的校正因子和暗偏置量系数,进而用以计算各个像素的校正量,实现逐点校正;针对校正算法大数据量、实时计算的要求,设计了基于现场可编程逻辑门阵列FPGA快速实现校正算法的硬件处理结构。最后,通过仿真和实验表明,两点校正方法可以有效地减小CCD像素光电响应不均匀性的图像噪声,提高图像质量,以便做后续精确处理。

空间外差光谱仪系统级平场校正方法研究

空间外差光谱仪单独进行面阵探测器校正无法满足系统级响应非一致性校正需求,传统均匀光源照射和列平场等方法对空间外差光谱仪并不适用。首先简要阐述了空间外差光谱仪传统挡光臂平场方法原理,指出传统挡光臂平场方法存在测量单臂数据在光栅胶合后与实际干涉数据不匹配的问题,不匹配形式包括像元级、亚像元级平移和旋转。针对实验室现有实验装置分析了平场系数配准精度的影响,通过分析单臂数据不同偏移量与光谱偏差之间的定量关系,得出本实验装置平场系数的配准精度需要优于0.1像元。根据配准需求,采用对数—极坐标变换求出旋转角度和相位相关方法进行像元级平移量计算,通过基于矩阵乘法的DFT实现亚像元级平移量的估算。最后总结了系统级平场方法的流程,利用实验室装置对空间外差光谱仪系统级平场方法进行了验证,通过对光栅位置的微量调整模拟实际胶合后干涉仪整体状态,对模拟胶合后数据采用平场校正流程与单臂数据完全匹配下校正后的光谱对比显示,二者之间光谱平均偏差为0.6%,与不校正时4.1%的光谱偏差相比,校正后光谱复原精度大大提高,为后续进一步数据处理奠定基础。

黑白CCD相机平场影响因素分析及校正方法研究

实用的黑白CCD相机,由于受到诸如光源的不均匀性、光敏单元本身响应差异、暗电流及偏置等因素的影响,对于一个灰度均匀的目标,可能会输出强度不均匀的图像,这将对后续图像处理中的目标特征提取及测量不利。针对此问题,对影响黑白CCD平场的因素进行了分析,并提出了一种通过获取暗本底图像数组及标准白图像数组对图像进行校正的方法。实验表明,该方法能够取得理想的效果。

N.A.0.75平场复消色差显微物镜光学设计

为解决普通生物显微物镜视场小、场曲和色差严重的问题,本文利用光学软件Code V设计了一款20×平场复消色差显微物镜,通过合理的结构优化、光焦度分配及材料选择,使该物镜具有大视场、高数值孔径、平场复消色差的特点。设计分析结果表明,该物镜平场数为0.11μm,最大焦移量为0.5μm,满足显微物镜国际标准的规定;光学传递函数(MTF)曲线与理论衍射极限接近,达到指标要求,该物镜在可见光范围内实现了平场复消色差设计。公差分析结果表明RMS波前差劣化至0.24λ,能够满足加工和实际应用要求。

两类ENSO事件前期的热带太平洋海温距平场

分析了１９５６年以来两类ＥＮＳＯ事件热带太平洋海温距平场的特征，结果指出，东部型Ｅ１Ｎｉｎｏ事件前期为ＬａＮｉｎａ事件年，热带中东太平洋为强的海温负距平，东部型ＬａＮｉｎａ事件前期为ＥｌＮｉｎｏ事件年，热带中东太平洋为强的海温正距平；中部型ＥｌＮｉｎｏ事件前期热带中西太平洋多为明显的海温正距平，中部型ＬａＮｉｎａ事件前期热带东太平洋多为明显的海温负距平。两类ＥＮＳＯ事件前期海温距平场特征基本相反。就热带西太平洋暖池海域而言，中部型ＥｌＮｉｎｏ事件前期暖池处于偏暖状态，东部型ＥｌＮｉｎｏ事件前期则处于偏冷状态。西太平洋暖池处于偏暖状态是中部型ＥｌＮｉｎｏ事件发生的必要条件。

关于CCD平场快门效应的改正及有关问题

本文对文献中报道的两种测定快门效应改正的方法进行了讨论．我们指出，对反光镜卡焦，即使面光源本身亮度分布均匀，照射在ＣＣＤ上的辐射也可以不均匀，允许有一个二维分布。但如果这种亮度的相对分布在晨昏蒙影过程中也变化，则Ｓｕｒｍａ方法的应用便要受到影响，而这是许多人忽略的．从单纯测定快门改正函数的角度看，圆顶平场法测定更简单准确．可惜，大多数情况下精确改正快门效应的目的是同时得到精确的平场．如果要求１％或更高精度的平场，单测定快门改正还不够．对每架给定的反光镜，如何测定平场本身都是需要仔细研究的事． 作为例子，给出了佘山１．５６米反光镜加Ｔｈｏｍｓｏｎ ＲＣＣＤ（１０２４ ｘ １０２４像元）的快门改正测定．

用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅的模拟与设计

针对近红外光谱分析属于微弱信号与多元信息处理的特点，基于全息凹面光栅理论，采用光学设计软件CODEV，从初始结构出发，利用软件强大的全局优化功能，设计出一种用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅，成功地减小了像差，解决了宽光谱、窄谱面展宽的矛盾，并充分利用了光谱信息，是一种高效率的分光光学系统结构。利用CODEV软件，不需要求解复杂的高级像差方程，能对结果进行迅速评价，并可在设计中同时兼顾平场和提高分辨率的要求，极大地提高了工作效率。最后，给出了实例，设计出的全息凹面光栅工作波长范围为900-1700nm、直径Ф=25mm、F／#=1．5，对设计结果分析表明：在宽度为50μm缝光源再现情况下，理论分辨率优于6．3nm。

光谱仪用平场凹面光栅的凸面母光栅的消像差设计思路

平场全息凹面光栅是光谱仪中的核心元件之一,其成像质量和衍射效率直接影响了光谱仪的分辨率和光能利用率。利用凸面母光栅复制制作凹面光栅,便于在凸面基底上进行离子束刻蚀以获得高的衍射效率。为了保证复制的凹面光栅具有高的成像质量,文章提出一种全息凸面光刻胶光栅的消像差设计方法,优化中考虑了凸面基底对记录光束的折射效应以及由基底折射率所引入的附加光程。通过将"光程函数级数展开法"和ZEMAX光学设计软件相结合,采用粗精两步优化的方法,显著提高了优化的效率和成功率。ZEMAX对比仿真结果显示,复制得到的凹面光栅与传统直接采用全息法制作的凹面光栅的成像质量是相当的。