大视场并列型仿生复眼光学系统

为了实现大视场微型仿生复眼系统的增材制造,对仿生复眼的成像原理、微透镜阵列与中继系统的设计以及复眼系统的机械结构进行了研究。根据仿生复眼的光学原理设计出单个微透镜,并完成微透镜阵列。通过设计中继系统,使曲面阵列所成的曲面像转换成平面像,从而被平面探测所接收。将微透镜阵列与中继系统组合并对其进行优化。为了满足复眼系统3D增材制造工艺,对其机械结构进行设计。整个复眼系由3481个紧密拼接的正六边形微透镜组成,每个微透镜的视场为4°,通光口径为110μm,整个复眼的视场为123.7°。在120 lp/mm处,复眼各视场的MTF值均大于0.3,各视场点列图的RMS半径均小于艾里斑半径。该系统成像质量良好,公差分析结果表明其像质满足成像要求,满足增材制备工艺需求。     

多普勒测风激光雷达速度校准仪的关键技术研究

多普勒测风激光雷达的速度精确校准仪通过引入全光纤系统中光纤耦合技术、参考光与信号光分离技术,激光入射与接收角度优化技术、伺服控制与光电编码技术等关键技术,使系统的稳定性和准确性得以明显提升,在对速度校准的可靠性进行了深入的理论分析和实验测试后,得到测试系统最大速度绝对误差为0.4 mm/s,最大相对误差为0.001%的结论。     

全光波长转换实验研究

对基于光纤光栅外腔半导体激光器增益饱和效应的全光波长转换器的静态与动态特性进行了实验研究。为消除反馈光与转换信号输出光对光源的不利影响及提高光输入、输出信号耦合效率,提出了采用环形器进行信号耦合的光学结构。进行了155MB/s信号的动态波长转换实验。     

一种新型鼻咽癌诊断与定位的荧光成像装置

用传统鼻咽镜的白光光源传输系统 ,建立一套用于鼻咽癌诊断与定位的激光诱导药物荧光成像装置。给出了系统的光学整体设计方法 ,还包括激光器出射光束与光纤高效率耦合技术及同光轴非接触两光纤间的光束耦合技术。光学模型实验结果表明 :实验样机的灵敏度和成像衬比度都达到了临床应用的基本要求     

复合式多点测量速度干涉仪光学系统设计

为满足爆炸冲击作用下物质界面的速度测量需求,设计了一种复合式多点测量的速度干涉仪。采用物方和像方双远心光路,将光纤阵列出射的照明激光定点投射到待测物面上,实现了针状滴注式照明,充分利用了照明激光能量,且保证了待测物面在运动过程中具有恒定的照度。成像系统像面采用末端为大芯径的锥形光纤接收信号光,既保证了物面运动过程中信号光与光纤的有效耦合,又保证了信号的单模输出,以便进入单模光纤马赫-曾德干涉仪进行差频干涉。采用具有微小楔角、沿直径方向镀矩形带状45°反射膜的反射镜,将照明光路与成像光路同轴,并校正了成像系统的大量像散。该干涉测量系统在物面运动10mm的行程中,物面滴注式照明照度保持恒定,像面光斑大小没有超出大芯径的光纤芯径。此光学系统能够满足爆炸冲击界面的大行程速度测量需求。     

基于光纤耦合的激光引信测试设备

为实现激光引信发射光功率和灵敏度的准确测量,将光纤耦合技术应用到激光引信测试设备的研制中,开展了激光引信原理和激光耦合光纤特性的分析,提出了一种基于光纤耦合半实物仿真的设计方案。采用带调整机构的激光耦合光纤装置设计,提高了光纤的耦合效率;采用基于衰减片组合的光学衰减机构设计和基于分光棱镜的光学系统设计,实现了激光引信回波的实时调整和准确测量;采用基于总线的实时测控系统设计和LabVIEW模块化软件设计,实现了良好的人机交互界面,最后用测量系统分析法对测量设备的精度、重现性和一致性进行了评估分析。研究结果表明,该系统能够准确测量激光引信的光功率和灵敏度,且测量精度和测量误差均满足要求。     

相敏检波在空气耦合超声检测中的应用

空气耦合超声检测信噪比低、脉冲余振长,需要采用合适的信号处理技术增强接收信号的信噪比。根据空气耦合超声检测过程中影响接收信号的因素,提出先采用相敏检波技术对接收信号进行处理,获取相位信号,然后计算得到超声检测信息。介绍了超声检测中的超外差接收、相敏检波原理,并阐述了在超声检测应用中需注意的问题。根据分析研究结果,构建了相敏检波空气耦合超声检测系统,在常规超声检测系统的基础上进行了相应改造,实现了超声成像检测。碳纤维增强复合材料板的成像检测结果表明:相敏检波可以有效提高系统信噪比和检测效果。     

湍流环境中光纤耦合效率的提高

在空间激光通信应用中,空间光与单模光纤的耦合效率是影响通信系统性能的重要因素。考虑大气湍流会降低激光与光纤的耦合效率,本文从湍流强度与光学系统分辨率之间的关系出发,研究了大气湍流对光纤耦合效率的影响,导出了接收口径、系统焦距、入射光波长、接收光纤半径、大气相干长度等与单模光纤耦合效率之间的关系。提出了两种在湍流环境中提高光纤耦合效率的方法。方法一是在外界湍流强度发生变化时,通过改变耦合系统焦距,使耦合效率保持在较高值;方法二则是采用锥状光纤接收来提高耦合效率。最后对提出的方法进行了分析、仿真和室外耦合效率测试,验证了所提出的改善耦合效率方法的有效性。     

基于人造复眼的多谱成像系统

针对采用滤光片转轮配合普通相机实现光谱分离与成像的多谱成像系统体积大,结构复杂,操作不便等问题,本文基于微机电系统技术提出了一种新的多谱成像系统的设计方案和加工方法。该方法将人造复眼结构和多通道彩色滤光片集成在同一块基片上来实现多谱成像结构。该结构具有多个光通道,分别对应红、绿、蓝、近红外4个波段,每个通道能独立获取对应波段的图像信息。以这种复眼结构作为镜头搭建了多谱成像系统并进行了成像实验,获取了多组对比图像。得到的图像说明该结构能够实现预期的色彩分离和多通道成像。由于这种复眼结构高度集成且具有可见光及近红外多波段图像并行捕捉能力,因此在多谱成像领域很有应用前景。     

基于微端面光纤面板的多孔径视场重叠复眼的视场模型

介绍了多孔径视场重叠的仿生复眼成像系统的性能,建立了基于微端面光纤面板的多孔径视场部分重叠型复眼的成像视场模型。系统地分析了选用的器件参数如顶面、侧面和角面子复眼间的视场角、视场重叠率、视场重叠距离等参数对系统性能的影响,并通过实验系统的复眼视场以及视场重叠率的测量验证了模型的有效性。实验测试显示:本文建立的视场模型与测试结果具有很好的一致性,系统侧面与角面视场的实测值与理论值的误差分别为3.58%和12%;顶面与侧面和角面的视场重叠率误差分别为3.33%和5.17%。该复眼成像视场模型为进一步研究复眼成像的目标探测和跟踪理论奠定了基础,对多孔径视场重叠仿生复眼成像系统的优化设计具有指导作用。