亥姆霍兹光声光谱多气体检测器设计和优化

光声光谱技术作为一种先进的光学检测技术,已成功应用于各种痕量气体检测场合。实现多气体的光声光谱检测,同时保证高的检测灵敏度是检测器设计的核心目标。针对测量需求设计,优化了一种基于亥姆霍兹共振的光声光谱多气体检测器,使用有限元分析方法对检测器进行了设计和仿真分析,对光声池的结构参数以及温度和压力特性进行了优化和分析。仿真结果表明:对光声池结构参数进行优化和对温度压力进行控制可以提高检测器检测灵敏度;采用光源IR-19时,激发腔38 mm9 mm,连接管5.9 mm10.2 mm和探测腔30 mm5.8 mm为光声光谱检测器的最优化参数。经实验验证,检测器对CO气体的检测精度达到5.08 ppm（1 ppm=10-6）。研究结果为痕量多气体的光声光谱检测提供了设计参考。     

增大Bessel光束无衍射距离的凹透镜系统

根据传统轴棱锥法产生Bessel光束的原理和凹透镜的几何光学效应,设计并模拟了一套提高Bessel光无衍射距离的光学系统。利用凹透镜的发散特性,将其分别放置在轴棱锥的前方与后方,使用Math CAD软件进行模拟并与传统轴棱锥法进行比较,得出结论:在轴棱锥前方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至638 mm,同时增大中心光斑半径。在轴棱锥后方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至406 mm。使用He-Ne激光作为光源进行实验验证,实验结果与理论分析及仿真模拟基本一致。可根据实际要求选择凹透镜的曲率半径和位置,得到无衍射距离较大、质量较高的Bessel光束。     

二维阵列二极管抽运的高功率Nd:YAG薄片激光器

介绍了适合高光束质量高平均功率的薄片型DPL原理,给出了设计原则并进行了实验.激光介质采用Nd:YAG,厚1 mm,增益区面积5 mm×7 mm,Nd掺杂浓度1.4%.用自行研制的CW1 kW铜微通道冷却二维阵列二极管激光抽运源,在20%占空比Q-CW抽运下,获得397 W输出,光-光转换效率39.3%.     

LiNbO_3平面光波导透镜阵列的研制

本文报道我们用钛扩散和质子交换技术在LiNbO_3衬底上制备的平面光波导透镜阵列的实验结果.设计的平面透镜阵列由3个并排的平面透镜组成,每个透镜的焦距是15mm,通光孔径是4.68mm,制成的器件用棱镜耦合器进行了测量,测量值与设计值     

MAX44000工业传感器网络方案

Maxim Integrated推出数字式环境光和红外接近检测传感器MAX44000,模拟人眼的环境光检测。该款IC采用公司专有的BiCMOS技术设计,在微型2mm×2mm×0.6mm封装中集成了3个光传感器、两个ADC以及数字电路。高集成度设计节省了宝贵的电路板空间,并提供光信号整合以及较好的光检测性能。     

用于LED 平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计与实现

设计了一种PMMA自由曲面透镜,用于无导光板结构的LED平板灯。该透镜基于自由曲面透镜的折射和全反射原理实现出射光的重新分布,可用于均匀照明LED平板灯的出光面板。采用数字仿真和实验制作进行设计。仿真结果表明,当自由曲面透镜与出光面板的距离为5 mm、自由曲面透镜旋转为0、LED与自由曲面透镜的距离为7 mm时,LED平板灯出光效率较高且整灯均匀性达96.6%。实验结果表明,所设计的自由曲面透镜可使无导光板结构的LED平板灯的面板均匀性达95.74%,与数字仿真近似相等。     

基于平衡探测的集成光波导电场传感器研制

为了进一步提高传感系统的灵敏度,在一片铌酸锂晶片上设计双平行非对称马赫-曾德尔干涉仪型光波导结构,并在光波导的周围设计分段电极,实现方向相反的电光调制,为此研制出尺寸为78 mm×14 mm×7.5mm的集成光波导电场传感器.采用LTspice仿真软件设计一种跨阻抗平衡光电探测电路,采用差分法实现对共模噪声的抑制,从而提高电场传感器的灵敏度.实验结果表明,传感系统时域可测电场强度范围为33～3000 V/m,线性动态范围为35 dB,适用于弱电场的时域测量.     

变焦彩色CCD成像系统的激光外场干扰实验

开展了变焦彩色CCD成像系统的激光外场干扰实验,测得了半导体激光（750 nm）对变焦距（17~187 mm）彩色CCD相机的干扰效果;同时利用典型的激光干扰CCD模型,完成了对实验结果的验证与理论分析。理论与实验结果表明:750 nm激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象;在激光辐照条件相同情况下,光学系统焦距f越大,被光阑截断的激光就越少,到靶的激光功率密度就越高,CCD靶面的光饱和面积就越大;光学系统焦距f为17 mm时,CCD靶面的光饱和面积为0.33 mm0.29 mm,而当光学系统焦距f增大至120 mm时,CCD靶面的光饱和面积为1.8 mm1.2 mm。仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。研究结果将对CCD器件的实际应用具有一定的指导意义。     

高精度非接触式锥光全息测量系统设计及应用

针对常见的工业零部件尺寸,基于锥光全息测量原理,设计一套高精度非接触式锥光全息测量系统,并用于测量钱币表面的高度信息。首先记录钱币的锥光全息图,接着对全息图的干涉条纹进行中心线细化处理,用以计算条纹宽度变化量,进而得到被测钱币表面高度的变化。实验结果表明,当物镜焦距为50 mm时,该测量系统的精确探测范围达到5 mm,测量误差在0.28%之内,验证了该系统设计方案的可行性和准确性。     

一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器

针对传统铌酸锂电光调制器体积大、带宽小等技术问题,提出了一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器的设计方法,给出了薄膜铌酸锂电光调制器高频传输仿真模型,详细介绍了薄膜铌酸锂电光调制器的高频信号馈入设计、过渡薄膜基板高频阻抗匹配设计,并测试了40 GHz小尺寸薄膜铌酸锂电光调制器的核心指标。测试结果表明：设计的薄膜铌酸锂电光调制器插入损耗、半波电压、3 d B带宽、产品尺寸分别为4.1 d B、3.9 V、40 GHz、30 mm×10 mm×5 mm,比传统铌酸锂电光调制器性能优越。     

全固态561nm倍频激光器研究

报道了利用激光二极管端面抽运Nd∶YAG晶体,通过LBO非线性晶体腔内倍频实现的561nm激光输出。LBO晶体尺寸为2mm×2mm×10mm,采用Ⅰ类相位匹配切割。抽运功率为5W时,561nm的最大输出功率为123mW,此时的光-光转换效率为2.46%。实验中发现激光器很容易同时出现556nm及558nm倍频光。从非线性转换效率对基频光振荡的影响角度出发,分析了1112nm与1116nm谱线起振的原因。作为对比,利用允许角范围小的KTP作为倍频晶体进行了同样的实验,KTP晶体的尺寸为2mm×2mm×8mm,采用Ⅱ类相位匹配切割。实验结果显示,在KTP晶体倍频情况下,激光器很容易实现561nm单谱线激光输出。实验结果与理论分析相一致。     

玻璃基光功分器的小型化设计与制作

为满足光功分器的小型化和高性能化的需求,设计了长度为25 mm的1×16和1×32光功分器.在玻璃基片上利用一次Ag+-Na+离子交换和二次电场辅助离子扩散技术对所设计的光功分器进行了实验制作,并对器件的损耗性能进行测试.测试结果表明:1×16右分支的插入损耗9.87～10.84 dB,附加损耗0.87～1.84dB,均匀性0.97 dB.     

侧入式无导光板LED平板灯的设计与实现

针对侧入式LED平板灯出光效率低、导光板(LGP)制造成本高等缺点,设计了一种无LGP窗式结构的新型LED平板灯,介绍了设计结构模型和光学模型。采用柱面透镜将侧面入射的LED发散光束会聚在出光面板上,并通过掠射和叠加方法实现出光面板的照度均匀性。分析了LED阵列之间的距离、LED灯珠的投射角以及LED阵列中LED的间距对辐射照度分布均匀性的影响,利用九宫格取值法和TracePro软件对所设计的LED平板灯进行参数优化。模拟和实验结果表明,当LED平板灯单窗格面积为240mm×300mm、厚为15mm以及平凸柱面透镜的曲率半径为4mm时,优化后的LED灯珠投射角为4°左右,LED平板灯出光面板上的照度均匀度可达85%以上,理论仿真结果与实验结果相一致。     

LD阵列面状泵浦Nd:YAG板条激光器实验研究

在国内研制的大型二极管泵浦阵列和大功率二极管脉冲驱动源的基础上,设计了二极 管阵列面状泵浦22×6×123mm3Nd:YAG板条聚光腔结构,测量了板条泵浦均匀性,对不同泵 浦功率下的能量转换特性等进行了实验研究,取得最高光-光转换效率为25．5％实验结果, 为高泵浦功率下的放大打下了一定的基础。     

高功率全固态绿光激光器的实验研究

加工应用设计一种输出光功率大于30 W的全固态声光调Q激光器.采用进口808 nm的半导体激光器侧面抽运,总抽运光功率为120 W,共用6条20 W的半导体激光棒.激光工作物质为Nd∶YAG,尺寸为φ3 mm×28 mm.半导体激光条和Nd∶YAG工作物质共用一套恒温水冷系统,采用串路连接.整个模块的外形尺寸约为50 mm×55 mm×45 mm.采用声光调Q及KTP晶体内腔倍频.KTP晶体用恒温循环水冷却.通过精确计算(包括激光工作物质的热效应等)及实验研究,据实际应用特点,专门设计了谐振腔参数.全部元件装入一个100 mm×130 mm×240 mm的激光头内,采用可靠的抗震防尘及自制的半导体激光电源.(OC3)     

用于激光等离子体诊断系统的长焦深透镜

针对惯性约束聚变(ICF)等离子体诊断系统中对长焦深光学元件的要求,采用非线性相位拟合法设计了一块孔径150 mm,焦距450 mm,焦深5 mm的长焦深球面透镜.为了验证该方法的可行性和正确性,制作了一块与设计等F数(通光孔径为80 mm,焦距为240 mm)的长焦深透镜,并且测量了平行光经过该透镜后的轴上和横向光强分布.理论和实验结果都表明,采用非线性相位拟合法设计的长焦深透镜可以获得长焦深、小焦斑、小旁瓣的聚焦光束,可以满足诊断系统对长焦深元件的要求.     

宽幅高速激光打孔光学系统研究

为了实现对膏药等薄型材料的宽幅高速打孔以增加其透气性,提出了一种采用高功率连续CO2激光器在线打孔的实现方案,并从方案原理和光路设计上对其进行研究和实验分析。在采用连续激光输入的情况下,通过半透半反镜分光和多棱镜分光相结合的密集分光的方法将一束连续光转变为多束脉冲光从而扩展加工头数,实现高速打孔。采用2000W激光器,当膏药运行速度不大于8m/min时,膏药幅宽为800mm～960mm,孔距为5mm～6mm,孔径为0.2mm～0.8mm。结果表明,该系统能应用于各种宽幅面打孔的实际生产。     

立式扭簧激光导光臂的设计

采用解析法优化设计了立式扭簧激光导光臂(VTSLGBA),在允许的工作波动范围内绘出导光臂的载荷曲线,然后设计出一条扭簧的扭矩曲线使其与导光臂的载荷曲线相匹配,再根据匹配结果确定扭簧的设计参数.所设计的扭簧的圈数为7,中径为40.5 mm,簧丝直径为3.7 mm时,设计得到的导光臂光程长1.5 m,焦点偏轴量小于1 mm,有效通光口径为15 mm.     

激光二极管阵列侧面对称抽运薄片激光器

对激光二极管(LD)阵列5向侧面对称抽运Nd∶YAG薄片激光器进行了实验和模拟研究。薄片激光器的耦合系统由消像差透镜组和空心光波导组成,采用15mm×1.5mm的Nd∶YAG薄片进行初步实验,实验得到薄片激光器的激光输出平均功率为65.7W,光-光转换效率为10.5%,同时增益介质内具有较理想的荧光分布。同时考虑激光二极管在快轴和慢轴方向的发散特性及增益介质侧面的散射特性,采用光线追迹法,模拟并分析了增益介质内抽运光分布,模拟结果表明耦合系统具有88.3%的耦合效率,同时增益介质内具有较理想的抽运光分布,且与实验结果相吻合。     

基于共面靶标的结构光标定方法

在交比不变原理基础上,提出了基于共面靶标的线结构光标定方法。对标定方法中各个计算过程、进行了鲁棒性分析,进而设计了相对应的平面靶标和实验流程。该方法可以降低图像处理过程所引入的误差,减少多次交比不变计算标定点所带来的累积误差,得到多组高精度的标定点,从而提高结构光系统的标定精度。定量实验结果表明,该标定方法可得到0.3334mm的测量精度。