摘要：为满足光电瞄准具昼夜合一、轻量化、稳定性优良的需求,本文设计了一款可见光和近红外双波段、共口径,且使用CMOS相机接收成像光束的共口径数码瞄准物镜。物镜光学系统设计波段为0.4μm~0.65μm和0.7μm~0.85μm,焦距为50 mm,F数1.4,系统总长90 mm,系统在-40℃~+50℃温度范围内无热差影响,各波段畸变均小于0.04%,可见光波段在100 lp/mm处MTF>0.55,近红外波段在100 lp/mm处MTF>0.3。通过优化系统敏感面引起的像差,合理分配光焦度,降低了系统加工公差灵敏度和系统装配难度及成本。设计结果表明:系统均采用球面镜,结构简单、体积小、成本低、公差良好,能够实现在全工作温度范围内成像质量良好,具有一定的工程应用前景。

摘要：为解决聚焦系统因离焦产生的问题,设计了一种薄膜损伤阈值测试的变焦光学系统,通过变焦改变最佳聚焦斑点的尺寸和能量密度的分布,解决了薄膜损伤阈值(LIDT)测试中通过离焦方式的聚焦透镜因激光器能量过高而产生的气爆和“内雕”现象。实验结果表明:所设计的聚焦光学系统,最佳聚焦光斑尺寸可通过变焦调节,随着间距由18.152 mm到6.851 mm,有效聚焦光斑直径由100μm到700μm;光束形态满足高斯分布,激光能量分布符合使用要求,验证了该聚焦光学系统的合理性和有效性,该系统用变焦方式改变焦斑尺寸和能量分布,使最佳聚焦光斑作用于膜系表面,防止在元件内部形成激光损伤,减小薄膜阈值损伤的误判概率,提高了激光损伤阈值测试的准确性,为激光薄膜器件的测试提供了技术支撑。

摘要：并联髋关节试验机的核心运动模块采用3SPS+1PS空间并联机构,由定、动平台及连接两平台的3根SPS支链和1根PS支链构成,具有3转动自由度和1平动自由度。并联机构的奇异特性对其工作性能有着重要影响,因而须对该髋关节试验机的相关性质进行研究。建立基于Rodrigues参数的机构静力学模型,得到静力学转换矩阵的一般表达式,并推导出与6条用于Grassmann线几何分析的直线相对应的Plücker矢量。通过分析各线簇秩的空间分布特点,得到许多新颖的奇异位形,并推导出机构处于奇异位形时的各种约束方程。通过数值仿真,得到线簇秩从1到5的各奇异位形对应的奇异轨迹。髋关节试验机奇异位形的研究对其工作空间分析、机构尺寸优化和控制系统设计具有重要的意义。

摘要：光学仪器通常都工作在一定的温度环境中,温度变化将造成光机系统的结构尺寸以及光学介质的特性等参数发生变化。针对卡式红外光学系统工作环境温度变化范围大的特点,进行了热补偿结构设计。并利用有限元方法,对主镜及其支撑结构进行了分析,明确了导致镜面变形和结构参数变化的主要因素为大范围的温度变化。在此基础上,对支撑结构进行了改进和参数的优化设计。研究结果表明:改进后的结构是合理可行的。

摘要：在确保固态面阵激光雷达安全性的前提下,为了提高光学系统的像面能量均匀度以及增加光学系统所接收到的能量,保证在探测过程中的低信噪比以及对目标的可探测性,本文通过对发射激光能量和接收能量进行建模,给出了光学参数,研究了影响接收光学系统像面照度的因素。指出大视场大相对孔径高照度均匀性光学系统的设计要素,并通过ZEMAX优化分析给出了具体的实施过程。最终设计了λ=905(±5)nm,焦距为15 mm,相对孔径为1/1.4,视场角为2ω=76°的激光雷达接收镜头,系统总长小于77 mm,在空间频率为20 lp/mm处MTF值大于0.5,在0.85视场内的相对畸变小于8%,像面照度不均匀性小于7.2%。满足激光雷达的探测要求。

摘要：针对离轴抛物面镜离子束修形过程中存在的热效应累积和迭代加工效率问题,提出了将总去除量按一定比例划分的分批次加工与变束径加工相结合的方法,并采用该方法进行工艺实验探索。对口径为110 mm、曲率半径为1732.7 mm、初始面形峰谷值(PV)为0.525λ(λ=632.8 nm),均方根(RMS)值为0.025λ的球面镜进行分批次变束径离子束抛光实验,最终加工得到顶点曲率半径为1728 mm、离轴量为85 mm、PV为0.36λ、RMS值0.029λ的离轴抛物面镜。对实验过程及结果进行分析,证明分批次加工方法有效消除了离子束加工过程中的热效应,通过变束径局部精修加工的方法可以减少迭代加工次数,提升加工效率。

摘要：基于夫琅禾费远场衍射理论和达曼(Dammann)光栅设计原理,利用液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性设计了产生5×5点阵结构光的相位型光栅。以显示二维Dammann光栅为例,采用模拟退火算法根据预期的光能利用率和光强不均匀性对光栅一个周期内的相位分布值进行优化,设计了5×5点阵Dammann光栅分束结构。然后利用Matlab进行远场衍射仿真,光能利用率可达到79.94%,光强不均匀性可达到13.28%。将光栅结构加载到LCSLM上,得到了光强不均匀性为27.53%、零级衍射光强均匀分布的5×5点阵,且光能利用率达到71.06%。数值模拟及光学实验结果证明了LCSLM可以在结构光再现光学系统中清晰地再现点阵结构光。与传统的结构光相比,设计的结构光在衍射距离发生变化的时候,其点与点之间的间距不发生改变。

摘要：设计完成了一款具有特定结构的光阑,光阑孔径深度设计为15mm,光阑孔径张角设计为左右张角各为10°,上方张角设计为6.5°,下方张角设计为3°,光阑安装在一级反射镜后,光阑中心线与对应主光线重合,同时采用双光电传感器与多温度传感器作为信号探测器接收信号幅值。通过特定孔径深度、张角等结构设计的光阑使得边界内、外幅值区分明显且幅值成正态分布,结合传感器的使用将光照强度及像源面温度以数值显示,便于检测标定。这检测设计光阑体积小、检测效果明显、成本低,通过光阑与传感器的逻辑配合使用,可以用于车载抬头显示器阳光倒灌的检测,对车载抬头显示器行业起到一定借鉴作用。

摘要：设计出一种工作在可见光波段宽入射角度范围具有高消光比的金属偏振分束光栅。采用等效介质理论对金属偏振分束光栅原理进行定性分析,利用严格耦合波理论和时域有限差分法对金属Al光栅进行数值仿真并详细分析了结构参数中周期、高度以及光波长和入射角度等参数对偏振特性的影响。结果表明:当Al光栅占空比为0.5,周期为0.15μm,光栅脊高度为0.15μm时,在0.4~0.7μm波段和45°±10°入射角范围内,该金属偏振光栅对TM波高透射,对TE波高反射,光栅透射消光比平均35 dB,反射消光比平均12 dB,最后对制作的金属偏振光栅进行消光比测量,验证了设计结果的正确性。该研究结果对设计和制备高衍射效率、高消光比、宽波段宽入射角度范围的偏振分束器具有较好的实践指导价值。

摘要：针对液晶空间光调制器(LC-SLM)全息再现结果受零级衍射光斑和本身黑栅效应影响,导致再现像光能利用率低和均匀性较差的问题,本文提出一种利用数字闪耀光栅对再现像进行偏离并结合全息再现域模型的相位补偿法,有效提高了再现像的均匀性。其主要原理为:在设计的相位全息图上加载一定周期的数字闪耀光栅后,根据再现区域的光强分布情况反推出补偿量,并将其和原物光波进行合成,重新计算相位全息图实现对再现结果的调整,在避免了零级衍射光斑影响的同时,提高了全息像的再现效果。通过对相位补偿量进行优化计算和仿真验证,并搭建全息再现光路,将补偿计算后的相位加载到空间光调制器(SLM)上进行再现实验验证和测试,实验结果表明,补偿后的再现像均匀性提高为原来的2倍,且光能利用率也有一定的提高。研究结果表明,本文所提出的再现域模型相位补偿法能有效提高SLM全息再现像的均匀性和光能利用率。因此该方法对基于SLM的全息再现或光场调控质量的提高具有一定的应用价值。