基于ZEMAX二氧化硫荧光采集光路的设计仿真

为了实现二氧化硫分析仪精确连续地检测空气中低含量SO₂, 针对传统二氧化硫检测仪在荧光汇聚时存在光线汇聚效果弱、像差大且由于透镜的焦距长增大了荧光采集光路长度等问题, 在传统仪器的基础上对荧光采集光路重新进行了设计优化。采用分解光焦度的方法改善系统的球差问题, 进行了理论分析和实验验证。改进后对其进行ZEMAX仿真并运用正交法对新光路进行修正。通过仿真两种光路的非序列结构阴影模型图、探测查看器的光照图以及点列图, 取得了光强以及光斑直径的实验数据。结果表明, 优化后的光路系统峰辐强度达到了219.41W/cm2, 弥散斑直径减少了17%。该方案能够有效解决传统光路中的不足之处, 成像质量效果更佳。     

紫外荧光法SO2监测仪激发光光路的设计仿真

为了解决国内传统的SO₂检测仪存在气室的荧光检测区域荧光强度低、进而导致仪器监测精度低的问题,设计了新的激发光光路结构。在该光路结构中,点光源通过平凸透镜准直,利用一窄缝消除竖直方向上的远轴光线,通过一双凸透镜汇聚到气室荧光采集区域的中心,并利用光阑减小杂散光的干扰。采用射线追踪算法作为严格矢量分析的工具,对设计的光路进行仿真分析。结果表明,优化后的光路使得激发光的能量损失降到了10%,且弥散斑也大为减小;用该光路与传统结构的光路进行实验对比,其示值误差由0.34%满量程变为0.18%满量程,质量浓度为100μg/L时的精密度由1.13μg/L变为0.53μg/L,质量浓度为400μg/L时的精密度由2.26μg/L变为1.1μg/L,两项指标均得到了提高。所设计的激发光光路结构能够有效解决传统光路的不足之处。     

用于微型拉曼光谱仪的外光路光学系统

针对所研制的微型拉曼光谱仪的特定要求,数值孔径为0.04和工作波长在781～1014nm,设计了两款与单色仪配套的外光路光学系统:球面系统,非球面系统。收集光路采用单透镜,会聚光路采用"厚双胶合透镜"形式的摄远光学结构,会聚系统的摄远比达到0.59,极大地缩短了系统的尺度。设计结果表明,采用传统球面设计时,光学系统的物方数值孔径达到0.33,点斑半径小于30μm,像面相对照度在80%以上;加入了非球面之后,物方数值孔径达到0.4,点斑半径小于20μm,像面相对照度在80%以上。光学系统总长150mm,满足小型化和便携式的要求。     

基于气体池信号拼接的高精度调频连续波激光测距

在双光路调频连续波激光测距系统中,辅助光纤的长度标定精度直接影响了系统的测距精度。提出一种基于氰化氢气体池信号拼接的辅助光纤标定方法,通过提高辅助光纤标定精度进而提高系统测距精度。深入研究了基于氰化氢气体池标定方法的原理,为减小数据采集系统负担,利用信号拼接的方法进行改进。实验表明,与传统激光干涉仪的光纤标定方法相比,基于气体池拼接的标定方法具有更高的稳定性,同时,在3.8 m测量范围内,采用该标定方法的测距系统与干涉仪标准距离值误差不超过14μm,测量标准差低于17μm。     

三轴光纤陀螺光路系统的设计与研究

针对实际捷联系统中三轴干涉式光纤陀螺仪各轴之间的精度及稳定性不对称问题,提出将Loyt消偏器引入到三轴陀螺光路系统中,新光路结构使每轴陀螺均输入相同的极低偏振度自然光,保证了各轴陀螺的对称性.利用琼斯矩阵与干涉矩阵建立了该结构光纤陀螺的系统模型,并应用此模型对该陀螺的输出及零点偏移情况进行了仿真分析.结果表明,该光路在保持各轴光路高度对称的同时还提高了陀螺系统的精度与稳定性,并在一定程度上降低了对光源偏振度的要求.     

三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计

针对动车组空间三维坐标的测量需求,设计了三维激光雷达共光路变焦光学系统。系统采用发射/接收共光路的结构形式,以高斯光学为理论基础,对能量传输进行了详细的分析,得到扩束透镜链的严格限制关系。为简化系统结构,利用液体透镜代替传统的机械变焦机构,以几何光学为理论基础,计算出光学系统初始结构,并采用Zemax光学设计软件进行仿真,设计出三维激光雷达发射/接收共光路光学系统。该结构形式不仅提高了系统同轴度、减小外部干扰,还简化了结构、缩小了仪器体积。采用液体透镜调焦代替机械调焦,避免了调焦引起的机械振动,有效提高了激光雷达的定位精度。通过改变液体透镜的光焦度,实现了在2~30 m测量范围内,发射光学系统在被测物体表面的光斑半径小于20 m/m,接收光学系统超过90%的聚焦能量集中在半径小于1.6 m的圆内,满足用户要求。     

微型投影系统光路设计

为了改善传统的数字光处理投影系统（DLP）体积较大、结构复杂、成本较高、对光源的利用效率较低的问题,采用一种基于单颗三色发光二极管作为照明光源,单颗透镜形成平行光的新型DLP投影光路结构的方法,对传统光路进行了改进与优化。无需传统光路中的色轮,透镜直接实现了传统投影光路中聚光和匀光的复杂结构,并利用TRACEPRO软件进行建模,通过光线追迹对该投影光路进行了光学分析。结果表明,整个光学系统的体积控制在76.8mm×32.2mm×25mm,光能利用率达到了60.1%,光斑均匀性达到了96.6%,屏幕表面的光通量为21.7lm。该研究减小了投影光路体积,简化了光学结构,提高了光能利用率。     

激光三角法改进的显微镜快速自动对焦方法

为了满足TFT-LCD显微镜光学检测系统在工业上的需求,基于激光三角测距法提出一种改进的显微镜快速自动对焦方式,并建立了光路数学模型。该方法在可见光光路中加入一路808 nm波长的激光,激光光束在被检测物体表面反射后经过一系列光学器件投射在CCD相机上形成一个半圆光斑。以对焦完成时CCD上的光斑半径最小为基准,给出了离焦量与光斑信息探测量之间的数学模型关系,实时控制PZT进行自动调焦。根据给定的数学模型,利用高斯曲线拟合对光斑中心进行定位并计算离焦量,实现对实时控制压电陶瓷的自动对焦。在50倍物镜下的实验结果表明:实际测量值与理论值有很好的线性度,在±30μm的对焦平面上对焦重复定位精度可达到0.2μm,对焦时间在0.26 s。与传统的显微镜对焦方法相比,该方法有较高的精度、较好的线性度和更高速等优点,可满足工业光学检测的需求。     

飞秒激光跟踪仪跟踪光路的优化设计与分析

基于光学系统对跟踪探测的影响,结合仪器功能,提出了一种基于胶合透镜减小跟踪偏移量的方法,实现了对飞秒激光跟踪仪跟踪光路的优化;改进了准直扩束光路,细化了光学系统,分析了优化后光学系统在接收功率和杂光方面对跟踪探测的影响机理。基于优化的光学系统设计,搭建实验系统进行了探测实验。实验结果表明,补偿后的跟踪探测精度可达3μm,这满足仪器精密跟踪要求。     

透射式双波段红外搜索跟踪系统光学物镜

给出了一种适用于红外搜索跟踪系统的透射式双波段(中波/长波)光学物镜,两个波段的相对口径均为1/1.3,工作波段分别为3.7~4.8μm和7.5~10.5μm,视场为±1.75°。为提高光学透过率,物镜采用会聚光路分光,每个波段仅有4片透镜,其中各有2片采用了衍射光学表面,实测两个波段的光学透过率(含分光镜)均大于70%。     

基于紫外荧光法的SO_2检测系统的研究

根据二氧化硫(SO_2)气体在紫外光照射下激发出一定波长荧光的机理,结合光纤传感技术,研制出一种大气SO_2浓度检测系统.整个系统由光学系统和电路系统两部分组成.光学系统采用了以脉冲氙灯作为激发光源的双光路检测方法,克服了光源不稳定带来的误差,使测量结果具有更高的精度.电路系统应用了微弱信号检测技术,使淹没在噪声信号中的微弱荧光信号得到有效的提取和放大.通过性能实验表明,在浓度范围为(0～1 500)×10~(-9)的SO_2,该系统有良好的线性和稳定性,且具有较高的测量精度和较强的抗干扰能力.     

一种实用波导衰减系数测量系统的设计

以波导耦合理论为依据，设计了集光电为一体的波导衰减系数测量系统。测量以激光为光源，采用双光路法，消除了传统检测显示仪由于光源光强不稳定产生的误差，使得测量结果只与光强的相对变化量有关；利用AD538实时模拟计算芯片，提高了计算精度和运算速度；利用常规仪器设备实现了数字化检测显示，避免了人为主观读数产生的误差．该系统亦可应用于介质折射率及分光镜分光比等光学参量的测量。     

柔印激光雕刻机的一种多光路方法

介绍了激光雕刻机在包装印刷行业的应用状况和激光雕刻机的原理及和工艺,重点介绍了激光雕刻机的一种多光路的方法,对光路中各种元器件原理、性能的介绍,设计了一种新的多光路、聚焦的方法,并对各个参数进行了优化、仿真,并在此基础上设计了多光路激光雕刻机。通过声光偏转的方式实现了2路激光分光,采用2路激光同时对版辊进行烧蚀,与单路激光雕刻机相比,生产力提高了2倍,采用高性能的聚焦光学系统,使得单个激光斑点达到10μm,与电子雕刻相比,大大提高了精度。在设计的激光雕刻机光路中,对激光斑点之间的距离、每路激光的强度、激光斑点的形状进行了分析优化。     

基于光谱干涉技术的玻璃厚度及折射率测量方法

基于光谱干涉技术提出了一种能够同时测量玻璃厚度及折射率的方法,该方法利用迈克尔逊光路,通过傅里叶变换算法对光谱仪接收的干涉信号进行解算,获取光谱干涉条纹的调制周期,根据待测玻璃样品放入测量臂前后,测量臂与参考臂所形成的光程差即可求出玻璃样品的几何厚度和折射率。该方法无需机械扫描延迟线并采用改进的傅里叶域下的相位提取算法,提高了测量系统抗干扰能力,探测速度快。实验结果表明:对玻璃样品的厚度测量精度优于±1μm,折射率测量精度±5×10^-4。     

凝视成像红外全景系统的设计

文章通过对全景系统研究现状以及未来使用要求的分析,给出了全景系统的一种新的设计思想.该系统利用光学方法将四路光合成为一路光,使用一个探测器替代多个探测器,降低了系统的造价,减小了体积.在3μm～4.3μm和4.3μm～5μm两个波段进行了相参设计,使得系统具有优于单色探测系统的探测能力和复杂环境下的目标识别与判别能力,提高了有效侦察率,大大降低了虚警率.系统采用了360°×90°(水平×垂直)视场的45°× 11.25°缩比视场,像质优良.     

紫外-可见光谱水质检测系统的多束LED光纤耦合研究

针对紫外-可见光谱水质检测系统单个LED光源输出功率低、光束质量差的问题,提出了一种多束紫外LED光源与光纤合束耦合的结构设计方案.运用ZEMAX光学分析软件开展了仿真设计研究,针对紫外LED光源与光纤耦合发散角较大的问题,设计了非球面准直透镜,准直后发散角为0.403 mrad;针对光束尺寸与光纤的匹配问题,进行了消色差双分离聚焦耦合透镜的设计.实验结果表明,合束LED光束汇聚的弥散斑的RMS尺寸为186.412 μm,GEO点尺寸为290.071 μm,光束中95％以上的能量集中在300μm以内,实现了多束LED光源与光纤的高效耦合.     

基于超窄线宽激光器的多气体光声光谱检测研究

针对多组分痕量气体检测中精确度差、灵敏度低等问题,设计了基于光源波长扫描技术的光声光谱式多组分痕量气体检测系统。系统采用单一超窄线宽半导体激光器作光源,设计了一阶纵向共振式多光程吸收光声池,通过正弦信号对光源波长进行调制,并结合二次谐波信号检测技术和超窄线宽激光特性,有效地消除了吸收池内的背景噪声和光源抖动的影响,实现...     

高精度光波导损耗测试系统的设计与实现

以波导耦合理论为依据,采用棱镜耦合法设计了集光电为一体的高精度波导损耗测量系统.测量以激光为光源,采用双光路法,消除了通用检测仪由于光源光强不稳定产生的误差,使得测量结果只与光强的相对变化量有关;光波出入波导均采用棱镜耦合,减少了普通测试方法因样品质量及面形误差和端面洁净情况不同或输出透镜不能很好汇聚光波而产生的误差;利用常规仪器设备实现了数字化检测显示,避免了人为主观读数产生的误差;利用AD538实时模拟计算芯片,提高了计算精度和运算速度.