直角屋脊棱镜与立方角锥棱镜的光学特性

在光学工程应用方面,常利用棱镜对光路的折转作用,完成一定的转像、检测和测量等工作。在实际应用中,考虑到棱镜加工误差对光轴产生的影响,应用动态光学理论及推导公式,分别给出直角屋脊棱镜与立方角锥棱镜的作用矩阵、特征方向和极值轴向,得出2种棱镜光轴偏差的数学模型。根据实际加工误差,进一步推导出2棱镜的理论误差,并对2棱镜的理论误差进行比较。最后得出可以用直角屋脊棱镜代替立方角锥棱镜的结论。

立方角锥棱镜的有效反射区

定义了立方角锥棱镜的有效反射区 ,证明了立方角锥棱镜底面角部区域 (即非有效反射区 )入射光与出射光不平行 ,并且在入射光垂直棱镜底面入射情况下计算得有效反射区的面积为底面的三分之二。

立方角锥型膜结构的逆反射特性计算

与传统玻璃微珠埋入型膜结构相比,立方角锥型膜结构具有更高的逆反射效率,它是设计制作钻石级反光膜的基础。为满足不同的应用需求,需在标准立方角锥阵列的基础上施加某种结构变化,以增大有效入射角范围、降低逆反射系数的各向异性。建立膜结构与逆反射性能的联系,对指导、优化逆反射材料结构设计、缩短设计开发流程具有重要意义。基于光线追踪原理,计入光在传播过程中主要的损耗因素(有效投影截面、反射折射损失、偏振效应),编写了立方角锥型反光膜逆反射率计算程序。利用该程序分别计算了标准完整角锥、标准截角角锥以及对称轴倾斜一定角度的截角角锥的逆反射率,验证了程序的可靠性,证明程序在模拟的准确性、运行效率等方面较以往结果有明显提高。

立方角锥结构逆反射光强的数值计算

针对反射光相对强度在回归反射系数估算及逆反射材料设计中的重要作用,基于光线追踪原理跟踪计算光在立方角锥结构中的传输过程及反射、折射时光传输方向、光矢量偏振化方向及光能量损失,编写不同入射角、方位角及偏振状态下逆反射光强的数值计算程序。以聚碳酸酯材料为实例计算自然光照射下逆反射相对光强分布。结果表明,逆反射光强受光的入射方向影响显著。若入射角在小于25.5°的范围内,反射光相对光强较大且近似保持为0.899的定值。超过上述范围时,反射光强单调减小,且显著受方位角的影响。

逆反射效率与逆反射系数的区别与联系

在表征逆反射材料的反光能力时,经常出现逆反射效率、逆反射系数两种表述方式混用的情况,给理解和认识带来一定困扰。本文从它们的基本定义出发,通过逻辑分析揭示它们之间的区别和联系。结果表明,逆反射效率是逆反射系数对不同观测方向立体角的积分,逆反射效率对应着反射光锥内逆反射系数的平均值。由逆反射效率的最大值求出逆反射系数的理论上限:对于玻璃微珠型逆反射材料而言,该值为280(cd/lx·m2),而立方角锥型逆反射材料则为936(cd/lx·m^2)。上述结果对于逆反射材料开发中的过程控制和工艺水平评价有一定参考价值。

零差激光干涉仪的大范围位移测量与精度分析

研制了一种实用性强的零差激光干涉仪,采用立方角锥棱镜代替平面反射镜,克服了传统激光干涉仪光路调节困难的问题,并将其应用到大量程的位移测量中。研究了该改进型零差激光干涉仪的位移测量原理及信号处理方法。实验中,使用PI公司高精度的商用导轨来标定测量结果,通过比较测量结果来验证干涉仪的性能。实验结果表明,在百毫米级大范围位移测量中该干涉仪的位移测量精度可以达到小于0.7μm。对测量过程中各种可能的误差来源进行了详细的分析,分析结果与实验相符。

基于微纳结构的光学诱饵仿真设计研究

传统的光学诱饵构成复杂,装载要求较高,为此设计了具有较高反射性能的简单微结构的光学诱饵。首先,通过TracePro光学仿真软件,对玻璃微珠结构、截角角锥结构和立方角锥结构三种不同结构进行反射率的仿真,筛选出最符合光学诱饵高反射率要求的结构。然后,通过对不同尺寸单元微结构的反射仿真,确定光学诱饵的单元微结构尺寸。最后,通过对入射角度偏转对反射率影响的仿真,验证反射结构是否满足光学诱饵的要求。结果表明,立方角锥反射结构更符合光学诱饵的设计要求。

基于薄片组合技术的反光膜结构优化设计

与传统玻璃微珠埋入型膜结构相比,立方角锥型膜结构具有更高的逆反射效率,它是设计制作钻石级反光膜的基础。然而立方角锥型反光膜的有效入射角范围较小,逆反射系数具有各向异性,这些问题会影响反光膜的使用效果。对于上述问题,探索了新的解决方法。基于光线追踪原理,应用基本的光学规律,建立仿真模型分析立方角锥反光膜的逆反射性能。针对薄片组合技术中的宽厚比和顶点偏移两个参数分别展开讨论。发现上述两个参数的改变对立方角锥型反光膜的逆反射性能都有较大影响,可以通过对立方角锥单元的宽厚比和顶点偏移两个参数进行合理设置,以达到增大反光膜有效入射角范围并且改善逆反射系数的各向异性的效果。上述结论对立方角锥反光膜的优化设计具有一定指导意义。