A Matrix Approach to Study Prism-Waveguide Coupler

ＡＭａｔｒｉｘＡｐｐｒｏａｃｈｔｏＳｔｕｄｙＰｒｉｓｍ－ＷａｖｅｇｕｉｄｅＣｏｕｐｌｅｒＪＩＮＥｎｐｅｉ；ＹＥＹｉｈｕａｎｇ金恩培，叶奕煌（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ，...

太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定

提出一种太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定方法。该方法首先利用太阳模拟器和两轴转台对太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系进行标定;然后,利用光阑接受屏和CCD图像瞄准定位系统,对立方镜坐标系和转台坐标系进行标定;最后,以转台坐标系作为中间坐标系计算出所述两坐标系的转换矩阵,从而将太阳敏感器测量的太阳视线方向间接转换到立方镜坐标系。实验结果表明,两坐标系转换矩阵的标定精度优于4″(1σ),满足太阳敏感器测量精度要求。该方法不需要精准的加工和安装工艺,同时对两坐标系转换矩阵的标定也不需要太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系保持一致,易于实现,具有实用价值。

测绘相机坐标系与立方镜转换矩阵的标定

介绍了一种测绘相机坐标系与立方镜之间关系的标定方法。对两坐标系的转换矩阵、标定方法和标定精度进行研究。推导了两坐标系的关系,建立了坐标系间的转换矩阵。利用高精度二维转台、0.5″经纬仪和平行光管完成了测绘相机与相机立方镜坐标系之间的角度测量。最后,对标定精度进行了分析。误差分析结果表明:该方法的标定精度优于2″(1σ),可以满足测绘相机坐标系与立方镜转换关系的标定要求,具有实用价值。

基于自准直的立方镜姿态测量方法研究

根据用户对部件进行高准确度姿态测量的要求,介绍了基于立方镜的姿态测量方法,通过经纬仪进行自准直测量和互瞄测量,分析立方镜姿态轴的正交性,并对水平方向观测值和垂直方向观测值同时修正以建立立方镜坐标系,确定立方镜的姿态。

棱镜对色散补偿系统的时域ABCD矩阵分析方法

讨论了棱镜对的负色散效应 ,利用时域ABCD矩阵方法分析了高斯型光脉冲经棱镜对色散补偿系统的脉宽和啁啾的变化 ,指出输出光脉冲的脉宽是展宽还是压缩 ,与棱镜啁啾、棱镜间距和光脉冲在棱镜中传输的距离的取值有关 讨论了棱镜对色散补偿系统对脉冲压缩的最佳条件 ,指出此时输出光脉冲脉宽随棱镜啁啾的增大而骤减 ,且骤减程度随啁啾增大而逐渐削弱 。

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。

棱镜耦合法测量负折射率材料光学特性理论研究

对于在光频波段的负折射率介质材料,从理论上提出了测量其光学参量的棱镜耦合法,给出了测量原理、装置,同时给出了棱镜耦合法测量系统的精确理论模型.用转移矩阵方法推导出其满足的色散方程,从理论上分析了空气层厚度对测量结果的影响.用传输矩阵法进行了模拟论证,得到了模拟反射率曲线,同时模拟分析了空气间隙对测量结果的影响.

基于蒙特卡罗法的测绘相机标定误差分析

针对测绘相机坐标系与其立方镜之间关系的标定方法,建立了两坐标系间的转换矩阵,分析了在测量中引起的误差源,并基于建立的数学模型,利用蒙特卡罗法对这些误差进行了精度分析。使用Matlab进行了相关模拟与解算,给出了误差分析结果及误差曲线,得到了各误差在整个误差链中的权重,为后期实验打下了基础。误差分析结果表明,该方法的标定精定可以满足总体标定要求,具有实用价值。

测绘相机立方镜与星敏立方镜转换矩阵的标定

传输型立体测绘卫星利用测绘相机进行摄影测量时,需要确定测绘相机在惯性坐标系中的姿态。确定姿态时,首先由星敏感器测量得到星敏测量坐标系在惯性坐标系中的姿态,然后通过星敏测量坐标系与星敏立方镜的转换矩阵、星敏立方镜与测绘相机立方镜的转换矩阵,得到测绘相机测量坐标系在惯性坐标系中的姿态。文中介绍了各坐标系的定义,根据星敏立方镜与测绘相机立方镜坐标系的关系,利用4台经纬仪测量系统分别建立星敏立方镜和测绘相机立方镜的坐标系以及2坐标系间的转换矩阵,介绍了2个立方镜坐标系的标定方法,多次测量结果表明,最大标定误差为1.011 6",优于2"(1σ),满足立体测绘精度的要求。

用琼斯矩阵法分析别汉棱镜像面偏振态分布

基于反射定律的矢量式易于追迹复杂系统中光线的三维空间传播方向,计算了别汉棱镜每一面反射光线的方向,利用琼斯矢量法建立每一反射平面的琼斯矩阵以及面与面之间的传输矩阵,得到了一束线偏振平行光通过别汉棱镜后像面上的偏振状态分布,即经由2个屋脊面出射的光束是2个方位角不同的椭圆偏振光,这2个方位角的大小与入射线偏振光的振动方向有关。采用斯托克斯参量测量法,对别汉棱镜像面上偏振状态的分布进行了实验检测,得到了与理论分析一致的结果,指出别汉棱镜的偏振效应将会导致出射光束偏振状态的不均匀分布。

道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究

为了避免机载光电吊舱中共口径光学系统内部由于道威棱镜旋转引起的激光照射脉冲偏振态的变化,利用琼斯矩阵对道威棱镜的偏振特性与四分之一波片、半波片补偿道威棱镜旋转引起的激光脉冲偏振态变化进行了理论分析和实验验证。结果表明:线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时,激光脉冲偏振态变为椭圆偏振,偏振态发生变化;而激光脉冲首先通过旋转一定角度的四分之一波片与半波片时,可使通过道威棱镜系统的激光脉冲偏振态保持不变,且两波片旋转角度与道威棱镜旋转角度之间存在一种非线性关系。采用偏振补偿方法可有效避免机载共口径光学系统中道威棱镜引起的激光脉冲偏振态变化,提高激光脉冲能量利用率,降低激光脉冲后向散射抑制难度。

折叠式角锥棱镜谐振腔的偏振特性理论与实验研究

建立了角锥棱镜的偏振模型,分析了角锥棱镜对入射线偏振光的偏振态的影响,分析表明角锥棱镜的单个入射区域存在特殊的偏振方向,该方向的线偏振光被角锥棱镜反射后仍然是线偏振光。利用角锥棱镜的该特性设计了腔内存在线偏振光振荡的角锥棱镜激光谐振腔,能够使用电光开关调Q,在振动环境中具有较好的抗失调稳定性。研制了激光器样机并进行了实验,在重复频率为10 Hz时,输出激光单脉冲能量大于300 mJ,光束质量因子β值在2左右,实验结果也表明角锥棱镜的棱和顶点并不影响输出激光的光束质量。

空间用调Q偏振耦合输出棱镜谐振腔特性分析

为了优化棱镜谐振腔在调Q状态下的运转特性,充分利用琼斯矩阵光学分析棱镜谐振腔的特性,在不同材料棱镜情况下,比较了可变输出耦合率、泡克耳斯盒的消光比以及输出耦合率的调节.得到泡克耳斯盒在四分之一波长电压下能够得到比半波长电压更高的消光比,从而更适合在调Q工作状态下工作.

一种直角棱镜棱脊相对变化量测量方法

在一些导弹的瞄准系统中,需要对导弹复位角度进行测量。通常是在导弹上安装直角棱镜,使直角棱镜棱脊与导弹轴线水平。在直角棱镜的反射光路中,通过对直角棱镜棱脊的方位监测,利用直角棱镜棱脊方位的变化来计算导弹的复位角度。主要对由于直角棱镜棱脊相对倾斜进行了理论分析和实验验证,在理论分析和实验验证中都认为直角棱镜为理想棱镜,无角度制造误差,即不考虑折射的作用。

温度扰动对棱镜式激光陀螺特性的影响

考虑温度扰动的情况下,对光在棱镜表面反射和折射的传输矩阵进行了修正.根据激光环形腔自洽理论,建立了温度扰动下的棱镜式激光陀螺腔内光束传输物理模型,分析了温度扰动对陀螺频率偏移、标度因数等参数的影响.理论分析表明,当温度在-40~70℃范围波动时,激光陀螺光学腔长变化量、频率偏移量和标度因数变化量依次为10.04μm、0.011 MHz和1.96×10^(-10).建立了棱镜式激光陀螺变温实验系统,实验结果与理论分析相吻合.

Z型正交波罗棱镜腔的特性研究

使用琼斯矩阵光学,理论分析Z型正交波罗棱镜腔运转特性。在不同波罗棱镜折射率情况下,分析波片方位角与偏振透过率、反射臂的有效反射率、输出臂的耦合反射率以及补偿波罗棱镜相位延迟的波片数关系。使用四阶龙库塔法则结合速率方程,理论分析耦合反射率的改变对调Q脉冲能量和宽度的影响。

直角棱镜系统反射面平行度误差的补偿方法

在一些武器的瞄准中经常会使用到直角棱镜系统,而直角棱镜系统会由于载体的变形造成两个棱镜反射面之间的平行度误差,这样对武器瞄准精度有很大的影响,致使武器的打击精度降低。对于这一问题在直角棱镜系统自身无法克服的情况下,需要对直角棱镜系统两个棱镜反射面之间的不平行度进行补偿。通过分析可知此种方法对直角棱镜系统反射面之间的平行度误差的补偿是一种行之有效的方法。

焊接结构应力场计算中的一类五面体可变节点等参单元

本文应用三维有限元理论，构造了一类五面体６～１５节点等参单元的形函数，提出了在五面体单元内的Ｇａｕｓｓ积分处理方法，建立了相应的单元刚度矩阵。这类单元的节点可以在６～１５之间任意选择。将其与ＳＡＰ５中的六面体８～２１节点等参单元匹配，计算了对接板接头的理论应力集中系数。经与有关文献结果比较表明：这类单元适合于计算焊接结构的应力场，并且具有良好的精度。

棱镜耦合法的理论改进与实验设计

为了能更精确地测量薄膜厚度及其折射率,介绍了一般棱镜耦合法的测量理论和实验方法,分析了一般的棱镜耦合法测量模型本身存在的理论误差.从测量理论上对棱镜耦合法进行了改进,提出了精确测量模型,减小了上述理论误差,同时给出了薄膜参数的简便计算方法,从理论上分析了薄膜参数计算方法的误差.用传输矩阵的方法进行了模拟论证,设计了实验装置,测量了在玻璃基底上甩胶法得到的Su-8薄膜,测量结果表明,改进的精确测量模型减小了测量误差,提高了测量精度.

张拉整体三棱柱构型和结构稳定性分析

为深入研究三杆张拉整体基本单元结构的构建方法和稳定性判定问题.提出以结构外形几何参数为基础,应用节点广义坐标矢量矩阵、构件矢量矩阵和连接矩阵建立数学模型,并用MATLAB编程实现单元结构的自动构型.引入构件力密度标量,建立系统力平衡矢量矩阵方程,分析结构的稳定性,把非线性系统平衡问题转化为线性系统平衡问题.通过分析平衡矩阵,对结构系统进行分类,筛选出能够构建起稳定结构的几何参数的变化范围.本研究方法具有通用性,适用于其它张拉整体结构形式的构型和稳定性分析.