多谱段滤光片平面波透射波前仿真测试方法

采用滤光片进行带通滤光是航天遥感相机实现多谱段成像的主要手段。滤光片一般使用平板玻璃作为基体,在平板玻璃两个通光表面镀带通的光学膜层,实现滤光的作用。所以对于滤光片而言,可以使用平面波透射波前评价其成像性能。干涉仪使用的测量光为单波长,无法实现全谱段覆盖。随着滤光片使用谱段数量的不断增加,干涉仪激光波长将不在滤光片的带通范围内,导致无法对其透射波前进行测试。为了解决滤光片带通谱段不包含干涉仪使用波长下的透射波前评价难题,提出了一种解决方案,使用单谱段干涉仪,结合滤光片镀膜前的前、后表面面形和透射波前、镀膜后的前后表面面形数据,研发了一种平面波透射波前的计算算法,得到仿真的镀膜后滤光片的透射波前数据,并以此来评价滤光片的成像性能。给出了透射波前仿真算法的详细理论推导。试验数据表明,在使用632.8 nm干涉仪波长下,滤光片镀膜后透射波前RMS的仿真精度小于0.004λ。该方法能够扩展应用在红外滤光片的测试中,实验使用3.39 μm的干涉仪测试,得到仿真误差约为0.002λ,均能实现较高精度。且在满足测试精度的前提下,有效降低了测试成本。     

用于在线检测的紧凑型多测量模式干涉仪

光学干涉仪由于高精度、全口径、非接触特点在光学元件的检测中具有极其广泛的应用。针对光学元件加工在线检测需要,提出了一种紧凑型的多测量模式瞬态干涉仪。该系统可同时实现单波长激光干涉、多波长激光干涉以及LED干涉显微测量等多种工作模式,以分别满足不同动态范围宏观面形以及表面粗糙度等显微结构的干涉检测。针对在线检测应用中复杂的环境振动影响,系统采用偏振相机来实现瞬态的偏振移相波前检测。为验证系统方案的可行性,对测量系统的主要误差因素进行了分析,并对不同工作模式下的金刚石车削机床在线检测结果与Zygo激光干涉仪和Zygo光学轮廓仪进行了比对实验,同时也利用多波长技术对自由曲面进行了在线检测。结果表明该系统可实现高精度的多测量模式,并且还可以满足大动态范围波前测量要求。该系统结构紧凑,整体尺寸仅为195 mm×160 mm×65 mm,极其适合车削机床的在线安装及检测。同时系统基于瞬态波前检测,具有对环境扰动不敏感的特点,在机床对中工具在线调整以及加工元件等在线检测中具有广泛的应用前景。     

大容差中波红外激光通信终端光学天线研制

为了降低激光通信光学系统公差要求,节省研制成本,减小大气散射对激光通信链路的影响,采用波长工作在大气窗口的中红外激光器作为激光通信光源,研制了与之匹配的中波红外激光通信终端光学系统。首先,利用激光通信能量链路传输方程,根据中波红外激光器光束参数和接收端探测器灵敏度,计算出光学天线口径、发散角等设计参数,并给出激光通信收发光学系统波像差要求。接着,利用ZEMAX软件进行了中红外激光通信收发光学系统的设计与公差分析,对两系统进行了加工、测试,完成了系统研制。测试结果显示,中红外激光通信发射光学天线光学传递函数与理论值最大偏离9.3%,接收光学系统波像差RMS为0.075λ (λ=4.7 μm),满足设计要求。结果表明:采用中红外激光作为激光通信光源可降低光学天线的加工装调难度。     

基于自准直原理的小视场镜头波像差测试系统

为实现对小视场光学镜头波像差的快速、高精度检测,将自准直原理与斐索型激光球面干涉仪检测波像差原理结合起来,提出一种基于自准直原理的光学镜头波像差检测系统。介绍了斐索型激光球面干涉仪检测波像差的工作原理,并详细论述了基于自准直原理的波像差检测系统的装调及检测方法。结合自准直光路的特点,实现对干涉仪光轴、被测光学镜头光轴以及高精度平面反射镜光轴的精确定轴,从而实现了系统光路的快速装调。实验证明,此系统可有效解决小视场光学镜头在波像差检测过程中的光轴偏斜问题,实现小视场光学镜头波像差快速、准确的检测。     

2m衍射口径星载双波长陆海激光雷达系统研究

针对对地三维成像和海洋水深测量的需求,对轨道高度为500 km、口径为2 m的谐衍射光学系统星载双波长陆海激光雷达系统进行了分析。基于单光子阵列探测器,分析了大口径衍射光学系统的光学合成孔径实现方式,并设计了系统参数。波长为1.55μm的陆地观测激光雷达的主要性能指标为：地面像元分辨率4 m,交轨瞬时幅宽4 km,高程测量精度0.3 m。波长为0.516μm的海洋观测激光雷达的可探测水深达30 m。分析了激光本振阵列探测器的结构,提出了基于相干探测的光学合成孔径技术,有望采用计算成像的方式,利用多个子口径的低分辨率复图像信号相干合成高分辨率图像,同时提高图像的信噪比。相同系统参数下的对比分析表明,波长为1.55μm的陆地观测激光雷达采用相干探测体制后,探测性能优于传统的直接探测。采用子口径结构,可降低衍射光学系统的加工难度,同时子口径结构焦距短的特点使得光学系统的轴向尺寸和重量大幅减小。     

一种变倍扩束镜的设计

通常应用在激光光学系统中的准直扩束系统的扩束比是固定的,但有时需要激光光学系统的出射光束是变化的.基于高斯光学理论,分析了无焦连续变倍准直扩束系统的原理,实现了无焦连续变倍准直扩束系统的设计,并得到了验证.     

光栅衍射型激光告警光学系统设计

为实时测量来袭激光的特征参数、入射方向等信息,设计了基于光栅的激光告警光学系统.使用正弦透射光栅,来袭激光衍射后只有零级和一级衍射,有利于信号采样和处理.该光学系统由遮光罩、正弦光栅、平凸柱面镜、线阵CCD构成.通过理论分析和计算,确定了各光学元件参数.实验结果表明,采用该光学系统的激光告警器可以实现对波长范围为500～1100 nm、波长分辨率小于等于10 nm、入射角分辨率小于等于1°、视场角为22.5°的激光测量.     

光电子技术

SPIE.Vol.4007 0215064SPIE会议录,卷4007:自适应光学系统技术=Proceed-ings of sPIE,勺乞1.4007: Adaptive opti司systems tech-no拓gy(会,英〕/SPIE一T抽Internatso耐故iety fo:OPti-cal Englneering一1076P.(E) 本会议录收集了在慕尼黑召开的自适应光学系统技术会议上发表的99篇论文,内容涉及空间系统,自适应光学系统的进展,M沐CAO在大型望远镜干涉仪中的应用,用于成象和激光通信系统的自适应光学特征标度,基于工作站的太阳/天体自适应光学系统,激光制导星:监测与光污染,波前传感,金刚石波前传感器实验室测试,近红外天文学中…     

光束波前畸变的模拟及其相位梯度分析

大口径光学元件的表面制造误差会使透射或反射波前产生畸变,这是天文光学系统以及ICF激光系统关心的问题.文章使用了一个随机相位屏来模拟光学制造误差导致的光束波前畸变,并利用波前相位梯度这个参数来对波前畸变进行定量化分析.介绍了波前相位梯度的定义和算法,通过数值计算得到了一维和二维波前畸变的梯度分析结果,并对不同畸变情况的模拟结果进行了比较.     

光学识别系统小型化设计

针对光学识别系统的技术指标,对其光学系统进行小型化设计.其中,傅里叶透镜与准直扩束系统均采用摄远型式结构,在满足其长焦距的前提下大大缩短了系统的光学筒长.为了使系统结构更精巧,引入了二元光学元件,利用ZEMAX辅助设计软件对光学系统结构进行优化;通过有效地折叠空间光路使系统布局更紧凑,最后研制出的小型化透射式光学识别系...     

利用斐索干涉测量激光波长

在激光应用中需要精确、快速测量所用激光的波长,本文介绍了一种测量激光波长的方法,其光路基于斐索干涉仪,并通过光路准直与滤波而产生平行干涉条纹,通过线阵CCD采集并经计算机处理后能够以较高的精度测量激光波长。     

三平板剪切干涉仪自动测试系统

三平板剪切干涉仪是环路剪切干涉仪中最简单的一种,它具有基本等光程、剪切量连续可调、两出射光束恒相互平行等特点。利用三平板剪切干涉仪对激光器出射波面质量进行检测,探讨了由剪切干涉图复原原始波面的1阶微分法,编制了专家辅助软件系统,为光机型的三平板剪切干涉仪配置了实时图像采集、处理系统,实现了光、机、电、算相结合,融硬、软件于一体的数字波面剪切干涉仪,并通过实验验证了方法的重复性精度。     

一种基于劈尖干涉的激光波长测量装置的研究

基于激光在光学劈尖表面上产生干涉条纹的特点,设计了一种激光波长测定装置。利用线阵CCD将激光垂直照射光学劈尖表面时所生成的干涉条纹感应成电信号并转移输出,经过线性放大、模数转换后变成有限长的离散周期序列,通过快速傅里叶变换测定条纹间距来计算出激光波长,并用532 nm,632.8 nm,980 nm三种波长的激光进行了测试。测试结果表明该装置在背景光不是太强的情况下,性能令人满意,精确度较高,并能从虚拟仪器面板上直观形象地观察信号波形和结果,具有一定的实用性。     

眼前节光学相干层析系统的设计及实验研究

基于低相干干涉原理及迈克尔逊干涉仪的光学相干层析(OCT)技术,利用中心波长为1310nm的宽带低相干光源(SLED)及傅里叶域快速扫描光学延迟线(RSOD),设计和研制了眼前节OCT系统和探头。系统成像深度大于9mm。对其扫描模式进行分析,矫正所获得的眼前节OCT图像。     

激光干涉仪无线测控的设计和实现

针对传统激光干涉仪需要手动调节光学部件问题,设计并开发了一种激光干涉仪无线测控系统,该系统可以无线调节激光干涉仪光学部件的位置。系统采用nRF2401无线射频技术,与传统的nRF2401运用相比,该系统采用奇偶校验和CRC校验的双重校验,提高无线射频传输数据的正确率。同时系统采用闭环控制,提高了激光干涉仪的精确度和稳定性,避免了光学部件的过量调节对激光干涉仪的损伤。     

基于光纤环形激光器的传感技术研究与应用

基于光纤环形激光器的新一代光纤传感系统通过解调激光波长偏移来检测外界参量变化,得利于激光光谱窄线宽及高信噪比的特性,可实现高分辨率、高灵敏度、大动态范围的传感监测。文章介绍了包括基于光纤光栅、迈克尔逊干涉仪、法布里-珀罗腔、萨格奈克环以及马赫-曾德尔干涉仪等多种结构的光纤传感器工作原理,以及进一步构成光纤环形激光传感器的特性和多种应用案例,并对未来该领域的关键技术发展进行了分析。     

任意形状孔径的干涉图像波面拟合的数学矢量模型

文中利用移相干涉术的特点提出了自动检测任意形状孔径中有干涉条纹区域的方法,测试中,当测试波前相对于参考滤前的光程差是照明波长的整数倍时形成干涉条纹,它此而形成的二维图就是干涉图像。干涉术是一种从干涉图像提取测试波面信息的光学测试技术,它包括对干涉图像的采样、条纹定级次和波面拟合三步。这里提出了一个对干涉图像拟合处理的线性代数矢量模型,应用线性代数矢量矩阵的知识详细地推导出了一种对干涉图像的处理带有一般性的矢量拟合公式,由最小二乘法逼近多项式拟合的相位值数据,用Ｇｒａｎ－Ｓｃｈｍｉｄｔ算法正交化处理多项式组,用反向替代法技术来求解最初多项式组的权因子系数。     

低温真空环境光学系统波像差测试方法

为了能够预知空间低温光学系统成像质量,提出了一种高精度测试低温真空环境下F数小、后截距短的光学系统波像差的方法。首先,分析设计测试光路,对低温光学系统、干涉仪以及平面镜等进行布局,为波像差测试做好准备工作;然后,对低温真空标准透镜、标准平面镜、窗口玻璃等关键部件进行分析与设计,测试时作为系统误差项扣除;最后,调试测试光路,分别得到常温常压和低温真空环境（低温温度为100 K,压强为110-4 Pa）下光学系统波像差。通过精度验证实验表明,测量值与标准值偏差为0.010（=632.8 nm）,差别很小,证明了该测试方法的可行性。解决了光学遥感系统特别是F数小、后截距短在低温真空环境下波像差难以高精度测试或无法测试的难题。     

毫米波光载无线系统的结构优化

下一代接入网需要实现高带宽和低成本的便携性,基于宽带光通信和无线接入的无缝融合的毫米波光载无线（RoF）通信技术被认为是一个很有前景的解决方案。但是由于其实现成本较高,需要对其系统结构进行相应优化。在毫米波光产生部分,光外差法可利用低频信号源产生高频的毫米波信号,同时采用对半导体激光器的注入锁模可以提高其利用效率。在下行链路中,使用单边带调制可以提高光传输距离,而基于注入锁模半导体激光器的单模调制（单边带调制）是一种较为简单的方案;上行链路中,采用对于光外差信号的调制,可以实现上行毫米波信号的直接光学下变频,从而简化中心站接收机系统结构。在波分复用毫米波光载无线双向系统中,利用上下链路的波长重用可以节省波长资源,提高系统使用效率。