四象限探测器在空间激光通信中应用研究

研究了不同模式光斑对四象限探测器(QD)工作的影响,重点分析了高斯光斑对探测灵敏度的影响。搭建实验系统用扫描偏转镜及辅助CCD相机完成了对其性能测试实验。实验表明,形心算法的检测精度为质心检测精度的5倍;在极限探测灵敏度下,QD只能实现二细分,采用平滑滤波可以改善其细分能力;在高信噪比条件下可实现位置分辨力为1.6μm,角度分辨率为0.8μrad。同时研究了不同光斑大小、不同强度背景光对器件的影响。     

基于QD与MEMS振镜的微纳激光通信终端伺服技术研究

为了满足微纳卫星平台间的数传需求,实现伺服结构的小型化,设计了一套基于四象限探测器(QD)与MEMS振镜为伺服架构的微纳激光通信终端,完成光斑的检测跟踪.为了提高微纳通信终端跟踪精度,分析了光斑大小对四象限探测器检测精度的影响,使用Matlab进行仿真,并据此设计了一种当光斑直径小于四分之一探测器靶面直径时的捕获跟踪伺服系统算法,对系统组成及捕获跟踪算法进行了详细论述.搭建室内实验平台,进行了双向全光捕获跟踪实验,系统捕获时间2.2 s,跟踪误差84μrad.     

空间激光通信AOT系统误差信号的特性分析

针对空间激光通信的技术特点,分析说明了空间光束的捕获、对准、跟踪(APT)技术的重要性和必要性,论述了空间激光通信中APT伺服控制系统的工作流程以及四象限误差信号在控制中的作用.提出了空间激光通信APT系统中误差信号计算的数学模型,分析讨论了信号光斑大小、信号光斑相对于探测器探测面的不同位置情况以及光强分布对系统跟踪速度和精度的影响,其研究结果对科研项目的研究具有极其重要指导意义.     

空间激光通信APT系统误差信号的特性分析

针对空间激光通信的技术特点,分析说明了空间光束的捕获、对准、跟踪（APT）技术的重要性和必要性,论述了空间激光通信中APT伺服控制系统的工作流程以及四象限误差信号在控制中的作用。提出了空间激光通信APT系统中误差信号计算的数学模型,分析讨论了信号光斑大小、信号光斑相对于探测器探测面的不同位置情况以及光强分布对系统跟踪速度和精度的影响,其研究结果对科研项目的研究具有极其重要的指导意义。     

空间一维可展开桁架精度测量方法

结合空间一维可展开桁架结构特点,基于四象限探测器光斑中心位置检测原理,提出以准直激光束为测量基准的空间一维可展开桁架结构精度测量方法.应用该方法可以实现对空间一维可展开桁架各构架单元的扭转角、横向偏移量、纵向偏移量及桁架直线度装配精度的测量.提出四象限探测器二维平面标定方法,将探测器的工作范围扩大到3 mm×3 mm,探测器的测量精度提高到0.05 mm.运用设计的基于四象限探测器的激光准直测量方法对空间一维可展开桁架进行了精度测量实验,得到桁架各刚性框架的最大扭转角为0.133 3°,最大横向偏移量为1.200 8 mm,最大纵向偏移量为1.299 3 mm,桁架的直线度误差为1.090 6 mm,验证了所提出的空间一维可展开桁架精度测量方法的有效性.     

空间激光通信中ATP系统光斑检测方法研究

无线激光通信是利用激光作为载波,通过空间传播信息的一种形式。高精度、高自动化的ATP技术是关系到空间光通信链路能否成功建立以及通信质量好坏的关键技术之一。分析了四象限技术检测技术和面阵CCD检测技术,给出了具体光斑中心的算法,仿真结果表明,对于QD检测,为了抑制背景光可采用音频调制;对于面阵CCD检测,可采用空间滤波消除背景光影响,为光通信链路的建立奠定了基础。     

共焦生物芯片扫描系统的光学信息量

从光学信息量的表达式出发,研究了激光光斑尺寸和探测器小孔尺寸对共焦生物芯片扫描系统的扫描分辨率及信噪比的影响,并定量分析了在获取生物芯片图像过程中,共焦扫描系统的扫描分辨率和信噪比对光学信息量的制约关系.结果表明,为了获得尽可能大的光学信息量,必须保证激光光斑尺寸小于系统的扫描分辨率,并根据激光光斑尺寸合理地选择共焦扫描系统的扫描分辨率和探测器小孔尺寸.理论分析和实验结果表明,当扫描分辨率大于扫描激光光斑的1.2倍,且探测器小孔尺寸为扫描激光光斑的1.5～2.0倍时,系统的光学信息量较大.     

四象限探测器参数自动检测系统的设计与研制

以某型号激光导引炸弹为背景,主要针对视场角、中心盲区和象限盲区技术参数进行设计并研制了四象限探测器参数自动检测系统．通过二维转台模拟导引头在空间飞行时的运动姿态,使激光光源对四象限探测器进行扫描．利用“中心带”检测方法,对四象限探测器方位、俯仰两路电压信号采集处理得到所要检测的参数值．该系统操作简便、测试精确度高并已成功运用于某型号激光制导炸弹的四象限探测器的检测环节中．     

激光光斑中心位置的探测

在分析四象限硅光电池探测器的局限性的基础上，本文提出了两种用ＣＣＤ作为激光光斑中心位置探测器的方法：对称法和曲线拟合法。文中阐述了探测原理，分析了它们的优缺点，并介绍了实验装置和实验结果。     

基于视觉的远场激光光束质量的检测方法

介绍了一种远场激光光束质量的检测方法,可检测远场激光的光斑位置、光斑大小和光强分布。漫反射特性的靶板在远场接收激光,采用视觉系统以一定角度拍摄靶板图像,采用VC++编制软件对图像进行处理,得出检测参数。给出了系统的组成和图像处理算法,并进行了检测精度测试,光斑位置测量误差小于2 mm。实验结果表明,视觉系统不需要标定,测量方便,可在野外现场检测。     

入射角对激光点位精度的影响研究

三维激光扫描中的点位精度受光斑的影响较大,而光斑大小又受扫描特征（入射角和光斑）的影响较大,因此需要分析入射角及距离对光斑大小的影响程度。本文在分析以往光斑大小的基础上,将入射角和扫描距离引入到光斑大小计算模型中,推导了任意入射角及任意扫描距离情况下的光斑大小计算模型,并通过实例分析了入射角及距离对光斑大小的影响状况,确定了最佳的入射角及扫描距离范围。     

红外空心传能光纤聚焦系统的设计与优化

为了进一步提高光纤传输激光的效率,通过改善中红外光纤输出激光时的光斑及发散角的大小设计了双透镜和两种三透镜光学聚焦系统,并得到相应的光斑图形。运用MATLAB软件对实测的光斑进行模拟计算,得到了光斑的强度分布图,通过分析计算不同聚焦系统中的不同位置处光斑的大小,计算并得到了光束发散角。实验结果表明,3种方案中凸凹凸三透镜聚焦系统效果最佳,输出的光斑直径为0.33mm,光束的发散角为0.42°,提高了耦合效率,降低了传输能量的损耗。     

基于激光点阵列探测的多光轴平行性外场测试方法

提出一种红外、可见光、激光三轴平行性检测的外场测试方法。在可见十字靶线和红外十字靶线重合的测试靶上,点列阵分布激光点源探测器。以重合的十字靶线为基准,点列阵探测器接受激光照射,精确定位激光光斑中心,获取激光发射轴与可见、红外十字靶线的偏差,实现多光轴的平行性检测。设计结果表明：在待测系统最远探测距离范围内,测试距离越远,平行度检测精度越高,在1.5km测试距离,激光与红外、电视光轴的平行度检测精度小于5″。     

激光熔覆快速成型中环形激光束的能量分布

在激光熔覆快速成型中利用中空的环形激光,实现了光内同轴送粉.分析环形激光光斑在扫描线宽方向的能量分布情况,与传统的圆形实心光斑相比,有利于能量的合理分布和提高激光热作用效应.在这种优势下,可以有效地提高金属粉末的利用率,并且可以得到高质量、较为平坦的熔覆层.     

小角前向散射测粒仪探测器偏心对颗粒粒径测量的影响

基于Mie散射理论的小角前向散射激光测粒技术已广泛应用于各种领域。在该测粒技术中要求光电探测单元中心与入射光轴严格对中,以保证测得的散射光能分布及所得粒径分布的准确性,然而在实际测量中很难保证精确对中。利用Mie散射理论,通过模拟计算研究对中不良（主要是偏心）对测量结果的影响,并对结果进行了分析。     

Theoretical Study of the Effect of Multi-Diameter Distribution on the Mie Scattering Characteristics of Milk Fat

To correct the light scattering property parameters of milk fat for improving the detection accuracy,the Mie-theory was used to establish a predictive model for light scattering properties of milk fat globule with multi-diameter distributions, by means of Monte Carlo approach to simulate actual multi-diameter size distribution of milk fat globule in milk fat solution. Scattering coefficient and absorption coefficient of multi-diameter distribution milk fat particles were calculated by simulating the particles size distribution in milk fat solution. And the light scattering properties of multi-diameter distribution was compared with that of volume mean diameter, Sauter mean diameter and numerical mean diameter in milk fat solution. Theoretical simulation results indicate that the scattering coefficient and absorption coefficient of milk fat particles are determined by the particle size distribution in milk fat solution. There is a distinct difference in scattering characteristics between the milk fat particles with multi-diameter distribution and that with mean diameters. Compared to that with multi-diameter distribution, the scattering coefficient of the milk fat particles with mean diameter has a maximum mean deviation of 9 042 m-1. The particle size distribution is not completely determined by the mean diameters. The dependence of the light scattering properties on the particle size distribution should be considered into the model and simulation. Therefore, it is found that the particle size distribution in milk fat solution is an essential and critical factor to significantly improve the detection accuracy of milk fat content.     

凸面镜光杠杆法测微位移的实验研究

将适当尺寸的凸面镜粘结于位移物体上,用氦氖激光束照射镜的凸面,并用屏接收反射的光点。物体发生位移时会使凸面处激光反射条件发生变化,从而引起接收屏上反射光点位置变化。找出物体位移和反射光点移动距离之间的函数关系,便可通过测量光点移动距离来测量物体的位移。用这种方法可以实现位移的无接触测量。测量范围为数厘米,精度可达10~(-10)毫米     

激光光束质量测量过程中的CCD噪声影响分析

在激光光束质量的测量过程中,由于CCD的噪声影响以及环境背景噪声的影响,对光斑图像带来一定的影响,从而影响光束质量的测量精度。为此,主要分析了CCD的各种噪声影响,然后提出了针对不同噪声的图像处理算法,实验数据表明该图像处理方法有效地减少噪声对光束质量测量带来的影响,可得到更为真实可靠的激光光斑能量分布,对于后续地评价激光光束质量具有重要的借鉴意义。     

光斑对激光点位精度的影响的探讨

三维激光扫描中受激光光斑的影响较大,所以需要分析光斑对激光点位精度造成的影响。本文给出了光斑中点位的误差分布特点,将光斑对光斑的影响投影到不同坐标轴上,从而得到光斑引起的不同方向的中误差,根据不同方向的中误差便可确定基于光斑影响的点位中误差,从而实现光斑对激光点位误差影响的分析。