基于孔径分布概念的全景系统光学设计

为了改变坦克现有探测与观瞄系统低效、精确性不足等弱点,进行基于孔径分布概念的全景系统光学设计。原理是利用4个孔径大于90°的物镜对360°全景图像信息进行孔径分布实时采集,采集的四路图像通过内部转像系统的折转汇成一路,由一个CCD接收,提供准确和平整的全景图拼贴的图像,对系统理想情况下的发现和分清目标距离以及盲区范围进行估算,并通过光线追迹估算出系统失效探测距离。系统在57 m~6.45 km的工作距离内,实现全方位、实时性的观瞄与探测功能。     

子孔径布局对拼接光学系统像质的影响

由衍射理论模型出发,分析了子孔径布局对光学系统点扩散函数的影响,从而进行傅里叶变换计算出其对光学系统光学传递函数的影响;并由光学设计软件内嵌程序将子孔径布局实际地加入到设计的光学系统中,分析各种不同子孔径布局对光学系统像质的影响.通过由衍射理论出发的计算结果与设计软件内嵌程序的模拟仿真结果的对比,软件内嵌程序的模拟仿真结果得以验证.针对子孔径布局对具有相同相对孔径光学系统的影响进行了仿真计算,对与子孔径拼接原理样机具有相同相对孔径和中心遮拦比的反射式光学系统,针对相同孔径布局对其光学传递函数的影响进行了实际测试,通过仿真计算结果与测试结果的对比分析表明,孔径布局对具有相同相对孔径拼接光学系统的光学传递函数影响趋势一致的结论,从而为子孔径拼接原理样机研究的实用性及像质检测提供了理论依据.     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

Intensity Distribution and Phase Vortices of Speckle Fields Generated by Multi-Aperture Random Scattering Screens

The intensity distribution and phase vortices of the speckle fields generated by multi-aperture random scattering screens are simulated, and it is found that the vortices exhibit layer-like structures and the dislocation phenomena occur in the local phase patterns produced by the two-pinhole aperture, whose phase distributions appear as striped structures. For three- or four-pinhole aperture, there are many circular bright spots appearing in the speckle grains, and there is one vortex between the neighboring circular bright spots. The positive and negative phase vortex lattices appear in the phase distributions, and the regions circled by the isothetic phase lines form irregular quadrilaterals or hexagons. Moreover, the relative positions of the vortices or bright spots can be adjusted by changing those of the pinhole apertures.     

大口径光学元件中频波前的检测

大口径光学元件中频波前的准确评价已成为高功率激光系统中关注的焦点,元件中频波前均方根值是重要评价指标之一。根据波前中频检测频段及波前检测设备频响特性,将波前的中频区域分为两个检测频段,分别采用干涉仪和光学轮廓仪实现了中频波前均方根值的检测。采用大口径干涉仪可实现全口径波前中频区域低频段波前的检测,通过比对大口径干涉仪和采用小口径干涉仪结合分块融合平均方法的检测结果,提出采用分块融合平均方法也可检测相应频段全口径波前均方根。采用光学轮廓仪通过离散采样的方法检测大口径元件中频区域高频段波前均方根,针对不同离散采样方式的实验结果表明:33的采样方式能满足对410 mm410 mm口径元件中频区域高频段波前均方根的检测。     

基于权重的子孔径拼接优化算法研究

为了提高大口径光学元件面形拼接检测准确度,减少传统子孔径拼接算法带来的误差传递和积累,并在原有全局优化拼接算法的基础上引入权重系数,使全口径内各相邻子孔径之间的重叠区域达到最优匹配,使拼接误差最小化.利用该优化算法对平面进行了多孔径拼接仿真模拟,在此基础上对150mm口径的平面镜进行了实验,并提出基于图像边缘轮廓特征提取的子孔径定位新方法,分析了影响拼接误差的因素.仿真和实验结果均证明了基于权重的全局优化拼接算法的有效性和可行性.     

High optical-efficiency integral imaging display with a gradient-aperture parallax barrier

We propose a one-dimensional integral imaging (1DII) display that consists of a display panel and a gradient-aperture parallax barrier. The gradient-aperture parallax barrier is symmetrical, and its slit widths gradually increase from both sides to the middle. The leftmost and rightmost slits are used to fix the viewing angle, whereas the other slits are used to increase the optical efficiency. A prototype of the proposed 1DII display is developed. Its optical efficiency is higher than that of the conventional display, but the viewing angles are the same.     

金属有机框架MOF-808-X高效催化CO2和甲醇直接合成碳酸二甲酯

碳酸二甲酯(DMC)是一种重要的绿色无毒化工原料,其分子结构中含有甲基、甲氧基和羰基等官能团.DMC既可以替代卤代甲烷和硫酸二甲酯用作甲基化试剂,替代剧毒的光气用作羰基化试剂,也可以与醇类、酯类及氨基醇类进行酯交换反应用于合成树脂和精细化学品.此外, DMC因具有相容性好、含氧量高和饱和蒸气压低等特点,还可用作低毒溶剂和燃油添加剂.目前,已报道的DMC合成方法主要包括光气法、甲醇氧化羰基化法、酯交换法、尿素醇解法和直接合成法.其中,以CO_2和甲醇为原料直接合成DMC的方法受到广泛关注.该方法不仅具有原料价格低廉、工艺简单、原子经济性高的优点,还可以将温室气体CO_2资源化利用,有望成为未来生产DMC的一条全新的高效途径.目前,用于该反应的催化剂研究主要集中在金属氧化物和改性金属氧化物上,这些催化剂存在比表面积较小、活性位点数量不足以及活性不高的缺点.本文针对传统金属氧化物的缺点,合成了一系列锆基金属有机框架催化剂MOF-808-X(X为ZrOCl_2·8H_2O/均苯三甲酸(BTC)的摩尔比),并将其用于催化CO_2和甲醇合成DMC,系统考察了MOF-808-X合成过程中ZrOCl_2·8H_2O/BTC摩尔比对MOF-808-X催化剂组成、比表面积、孔道结构以及酸碱位点数量的影响,探讨了MOF-808-X催化剂物化性质与其催化性能之间的关系.结果表明,通过调控ZrOCl_2·8H_2O/BTC摩尔比,可以减少堵塞在MOF-808-X微孔中未反应的配体BTC或氧化锆原子簇的量,提高MOF-808-X的比表面积、微孔孔径以及酸碱位点数量,从而显著提升MOF-808-X催化剂的催化活性.当ZrOCl_2·8H_2O/BTC摩尔比=4时, MOF-808-4催化剂具有最大的比表面积、最大的微孔孔径和最多的酸碱性位点,因而表现出最高的催化活性.与我们之前报道的UiO-6-24相比,虽然MOF-808-4的比表面积和酸碱位点数更小,但由于MOF-808-4具有更大的微孔孔径(1.8nm),其微孔内的活性位点具有更高的催化效率, MOF-808-4表现出了更高的催化活性.原位红外光谱结果表明,酸性位点活化甲醇生成甲基阳离子的过程是该反应的速率控制步骤,由于MOF-808-4中Zr6原子簇上酸碱位点相互邻近,吸附在相邻碱性位点上的中间产物羰基甲氧基可以与酸性位点上的甲基阳离子迅速反应,促进甲基阳离子和DMC的生成,从而进一步提高MOF-808-4的催化活性.此外,催化剂重复利用实验结果表明, MOF-808-X催化剂结晶度越好,催化剂重复利用性能越好.MOF-808-X催化剂在CO_2和甲醇直接合成DMC反应中的成功应用可为开发用于该反应的高效非均相催化剂提供新的思路.     

分块镜扇形子镜驱动点位置优化计算

在光学综合孔径共相位检测微调系统中,分块镜子镜三自由度微动调节机构通常采用3个并联的微位移致动器来驱动各子镜,使单个分块镜具有独立的姿态调整能力,从而实现了光学共相位误差的纳米级精确校正。以理论力学原理作为切入点展开了分析,针对微动机构的稳定性、tilt-tip调节灵敏度等,根据所给定几何参数的子镜三驱动点位置对其进行了优化计算。经数学建模和仿真计算,得到了定参数子镜的三驱动点最佳位置坐标,进而归纳出了普遍适用的优化评价方法。     

宽光谱超大孔径反衍望远系统设计

二元光学元件具有许多传统光学元件无法比拟的优越性。利用2个二元光学元件作为系统的物镜和目镜,通过确定各元件的基本结构、孔径大小,设计了25m的超大孔径反衍混合望远系统。所设计系统的弥散斑大小及MTF函数都能够达到设计要求。使用谐衍射透镜代替普通衍射透镜,对系统进一步改进,使望远系统获得了较宽的光谱范围。试验结果表明:改进后的系统无论在单一光谱、多频带光谱或者连续光谱范围,都能够获得接近衍射极限的成像质量。