摘要：基于严格的光学成像矢量衍射理论,以4倍缩小倍率的成像系统和x线偏振光照明为例,得到经光瞳滤波器调制的大数值孔径光学系统焦区横向场表达式.通过详细研究非对称三区复振幅型光瞳滤波器的内外环归一化半径、各环相位分布和第一层透过率t对y方向分辨率增益比Gty,斯特尔比Sy和第一旁瓣与主瓣相对强度Iry的影响.设计了一种非对称三区相位型光瞳滤波器,实现Gty=0.8345,Sy=0.4087,Iry=0.4923,使得y方向分辨率比没有加光瞳滤波器时提高了将近20%.

摘要：往复式逐行扫描是一种提高激光共焦扫描显微成像帧速的有效方式,然而随着帧速的提高,这种扫描方式在图像重构时会带来更严重的图像错位。根据高速振镜运动特性,分析了激光共焦高速扫描显微成像系统逐行扫描下的重构图像错位原理,设计了基于形态学梯度的重构图像错位评价算法,并且结合搜索错位评价最小点的单目标约束粒子群算法实现了重构图像错位校正。经实验验证,该算法适用于成像帧速高达300 frame/s的重构图像错位校正;与未进行错位校正的图像相比,校正后的成像分辨率提高了68.83%,同时该算法能够适用于不同振镜搭配方式和不同扫描帧速的图像重构。

摘要：由于探测器具有像元数目的限制,宽波段和高分辨率难以同时满足。文章针对532nm激发波长,设计了一款同时具有宽波段、超高分辨的拉曼光谱仪。将整个光谱范围按照低波段最低分辨要求分成四个波段,并通过旋转光栅和旋转聚焦镜的方式,完成了不同波段相互切换的集成化设计,实现了80~4000cm^(-1)宽波段范围,全波段1.2cm^(-1)超高分辨率的光学指标。考虑到探测器的较大体积尺寸,为避免元件发生干涉,该系统中元件之间具有足够的距离。相比于国内市场的同类产品,该光谱仪具有宽波段和超高分辨率的同时无需更换结构内部其他元件,在一定程度上节省了成本。

摘要：为了探究Czerny-Turner(CT)光路结构在装配过程中各个光学元件偏离理论光学设计参量时对光谱仪光学性能的影响,建立数学物理模型还原Zemax设计的非对称CT结构光路,在不影响光谱仪分辨率的条件下,调节CT结构中的各元件,得到各元件的可调节冗余量.结果表明,准直镜和衍射光栅偏转角度可调节范围分别为±0.19°和±0.17°;聚光镜和CCD的位置可调节范围都为±0.12mm.以上四个变量的可调节冗余量最小,对光谱仪最终分辨率影响较大.该研究对CT结构中各光学元件机械调节机构的设计具有参考意义.

摘要：发射透镜直接准直半导体激光光源方案能够使线扫描激光雷达结构更紧凑、成本更低,但是由于高功率半导体激光光源发热严重会导致光学元件热变形,从而导致探测器接收到的光功率急剧降低而不可探测。提出了一种30m探测距离的线扫描激光雷达光路的光机热集成优化设计方法。以预设工作温度40℃至80℃的中间温度60℃为初始条件,基于Zemax软件优化设计了发射透镜与接收透镜的光路系统,使工作温度为60℃时的光路系统光学性能最佳;使用有限元方法分析该光路与相应的机械结构随温度变化时光学元件热形变的情况,通过添加SiO2气凝胶作为隔热材料进行光路系统的机械结构优化。优化结果表明,采用光机热集成优化设计方法后,优化后的光路与机械结构在工作温度40℃至80℃范围内探测器接收到的光功率始终在10^-4w量级,相比仅仅使用Zemax软件优化设计发射透镜与接收透镜方法(探测器接收到的光功率10^-6~10^-4w)有了显著的提升。

摘要：为了提高高端探测器的利用率与增强拉曼光谱仪同时对不同物质检测的适用性,将多个波长激发的拉曼光谱仪集成设计成为一个光谱仪,将具有重要的应用价值。提出了一种基于CT结构双波长(532nm和785nm)激发的双通道拉曼光谱仪设计方法。所采用的这种设计方法基于探测器的工作特点为实现双光路结构同时工作创造了条件,从而最大程度的增加了光谱测量范围,同时该方法也实现了对探测器的有效感光面像元的充分利用并且最大程度地实现了高光谱分辨率。优化结果表明对于532nm的激发波长,分辨率为5cm^(-1)、光谱范围达到80~4200cm^(-1);对于785nm的激发波长,分辨率为3cm^(-1)、光谱范围达到200~2300cm^(-1)。

摘要：由于光谱仪的尺寸限制,微型光谱仪在满足一定光谱范围时,其分辨力往往难以小于0.1 nm。而一些特殊应用场合要求光谱仪不仅具有微小的尺寸,还要求具有极高的光谱分辨力。本文基于Zemax光学设计软件,通过选择合适的初始结构参数与评价函数,自动优化准直镜、聚焦镜、柱透镜、光栅,以及CCD间倾角和距离,设计出光谱分辨力高达0.05 nm,尺寸为90 mm×130 mm×40 mm的Czerny-Turner结构微型光谱仪。在此基础上优化出8个光栅倾斜角度,使微型光谱仪光谱分辨力在优于0.05 nm的同时,波段范围达到了820 nm～980 nm。所设计的光谱仪具有超高的光谱分辨力、微小的外形尺寸与适中的光谱范围等特点。

摘要：根据便携式拉曼光谱仪的电源需求,设计了一种小体积、数字化的电源管理系统。该电源管理系统以STM32为主控芯片,采用TI公司的电池管理芯片BQ3060和BQ24005实现锂电池的管理,设计了供电电源切换模块和开关控制模块分别用于控制双电源的切换和系统的开关机,利用DC/DC转换模块保证系统恒定的电压输出,最后通过软件编程协同各个子模块使系统能实时查询电源状态且自行调整供电策略。该电源管理系统经制板调试后以小型拉曼光谱系统作为负载进行供电测试,结果表明,该系统供电过程中输出功率平稳,温度变化范围小,能实时管理电源并向用户反馈供电电源状态,满足设计需求,为便携式拉曼光谱仪的电源管理设计提供了良好的解决方案。

摘要：针对有限像元数目的不同型号CCD,设计出同时具有低波数、高分辨率和宽光谱特点的光谱仪,对于提高拉曼光谱仪光学性能和满足集成化需求具有重要意义。针对2048像元数的CCD,基于消彗差Czerny-Turner M型光路结构,同时引入柱面透镜改善弧矢方向的像差,成功设计了一款激发波长为532nm,光谱范围为10~2500cm^(-1),分辨率为3cm^(-1)的低波数高分辨率拉曼光谱仪;成像系统点列图、RMS(均方根)半径和调制传递函数(MTF)曲线值均有效证明了其光学性能完全满足设计要求;以此光路结构为基础,将CCD替换为另一种型号的1024像元数CCD,通过选用分光能力更强的光栅,并优化光栅角度,微调聚焦镜和像面位置参数,最终使该拉曼光谱仪光谱范围达到10~1800cm^(-1),分辨率提高到1.8cm^(-1)。这两套光路均最大程度的利用了CCD的有限像元数,有效实现了高分辨率与宽光谱。同时两套光路的光学元件位置变化较小,有效保证了多型号CCD的光谱仪光机集成化设计要求。本文的工作不仅保证了光谱仪光机系统的集成化要求,同时满足系统低波数、高分辨率和宽光谱的设计要求,具有重要的实用价值。

摘要：通过推导高斯光条件下像散离焦检测系统中离焦量与聚焦误差信号功率之间的关系,分析了激光光斑能量中心相对四象限探测器几何中心的偏移距离和偏移角对离焦量测量精度的影响及其规律。在此基础上,提出了一种易于实现、能够精确定位四象限探测器的实验方法,该方法能够有效地提升系统抗干扰能力和探测精度,减小系统误差,加强系统稳定性。此过程对设计搭建高精度像散离焦检测系统具有重要的指导意义。