摘要：相对于薄屏频率选择表面而言,厚屏频率选择表面可以通过高精度机械加工手段直接利用金属屏获得,加工方法简单。同时,厚屏频率选择表面具有更高的Q值和较少的介质匹配问题。在设计了一种圆形厚屏频率选择表面的基础上,通过时域有限差分法进行了数值仿真,研究了单元尺寸、单元周期和屏厚度等参数对其传输特性的影响,并通过机械加工方法进行了样件的微波暗室测试对比。结果表明:随着单元周期和屏厚度的增加,工作带宽和中心频点降低;随着单元尺寸的增加,工作带宽增加,但中心频点降低。仿真结果与测试结果规律相一致。

摘要：为了解决波像差检测中红外检测装置成本过高的问题,提出了一种单探测器红外菲索干涉仪光路设计方法,实现干涉图和对点成像共享同一近红外探测器与系统全部光学元件的货架商品化。基于菲索干涉原理,依据工作波长1310 nm的近红外光纤激光器和12.8 mm×10.24 mm靶面的近红外探测器选型,结合20 mm口径的测量孔径需求,确立了干涉成像光路的垂轴放大率为1/2,对点成像光路的视场角为±1.2°。结合激光器0.14的数值孔径,确定准直光路的光圈数(F数)需大于3.54。首先计算准直光路、干涉成像光路和对点成像光路的共轭关系确定成像元件的基本参数,选择以索雷博在近红外波段的胶合透镜作为光学元件,考虑单镜组校正像差能力较差的情况,采用双透镜组的方式构建了准直镜和成像镜。然后通过分光镜和反射镜构成折叠光路结构,利用分光镜对光束的分束与合束,以及在对点光路中合理选择中继镜,实现干涉成像光路和对点成像光路对单探测器的共享。最终设计的干涉仪有效口径为20 mm,测量重复性优于λ/100,在保证波像差检测精度与口径的要求同时有力地控制了研制的成本。

摘要：基于单像素探测器在特殊波段成像成本较低、探测灵敏度更高的特性,单像素相机在弱光照明场景和特殊波段的应用更有优势,在安防监控、遥感成像、医学影像等领域具有广泛应用前景。提出一种可见光全彩与近红外共口径单像素成像系统。根据数字微镜阵列的工作特性,设计对称双光路分光结构,实现高能量利用率的紧凑单像素成像系统,集成化的结构在降低光学系统体积的同时提高了系统的稳定性和抗干扰性。该系统采用标准尼康镜头作为成像透镜,使用4个探测器同时采集光谱信息和空间信息,实现全彩色与近红外波段同时成像。实验结果表明该系统能实现预期的功能,达到相应的性能。该研究代表了单像素成像技术在工程化方面的一次成功尝试,为该技术在工业应用中的进一步发展奠定了基础。

摘要：提出了一种基于表面双向反射分布函数(BRDF)离散测量值直接追迹散射光线的方法,以各向同性表面为例,先对随散射角离散变化的表面BRDF离散测量数据组做空间坐标转换,由散射角半球空间转换到方向余弦空间;再通过等间距赋值插等值方式得到方向余弦空间内分布的BRDF数据;然后,利用舍选抽样法不受限于累积分布函数(CDF)求解过程的优点,设计新的散射概率模型,以方向余弦空间内BRDF数值比表示离散光线的概率分布,设定检验条件筛选出散射光线的空间坐标,实现散射光线追迹。为验证本文方法的准确性与适用性,设置相同的入射角、追迹光线数量等仿真参数,编制了本文光线追迹方法的仿真程序,对不同光机元器件建模仿真,对比商用LightTools软件的仿真结果,计算二者的通用质量指数UQI作为比对评价指标。结果表明,基于舍选抽样BRDF离散数值的散射光线追迹方法,运算结果数据准确,与商用LightTools软件的仿真结果相比,UQI值均在0.998以上,且波动范围小,本方法具有良好地适用性。

摘要：针对现有散射光线追迹概率模型方案受限于解析解难以获取的问题,提出利用拒绝采样法设计基于双向反射分布函数(BRDF)的散射光线追迹概率模型,通过设置检验条件规避了积分求解过程,进而筛选出有效角度坐标,实现散射光线追迹,该方案具有适用范围广的优势。对于具有平移不变性的BRDF模型,进一步提出对称采样方案,通过将采样区域减半后再镜像提升速率。设置表面属性、入射角与追迹光线数量等仿真条件相同,编制了本文方案的仿真程序,对不同光机结构材料进行建模仿真后从重复性和精确度方面与LightTools软件运算结果作对比验证,基于拒绝采样法编制程序的仿真结果可以与软件模型结果相媲美。最后对软件中未包含的BRDF模型进行建模仿真以进一步验证上述方案的普适性。

摘要：干涉测试是一种高精度的表面形貌无损测量方法。通常情况下,单色光干涉测试以激光作为光源,采用缩小成像方案测量表面面形。宽带光干涉测试能够有效避免单色光干涉测试时的2π相位模糊问题,常与显微成像技术相结合,测量阶跃型结构的表面微观形貌。当阶跃型结构样品的横向尺寸较大时,宽带光显微测试需要采用拼接手段,降低了测量效率。本文提出了一种缩小成像的宽带光干涉仪,该仪器可用于大尺寸阶跃型表面的形貌测量,其工作波段为480~750 nm,采用1 inch探测器形成了47.60 mm×35.76 mm的测量视场。系统组成包括照明准直镜、干涉腔和成像镜。照明准直镜采用科勒照明方案,可以提供数值孔径NA=0.015、视场直径Φ=59.6 mm的均匀照明物方视场;干涉腔集合了Mirau型等光程干涉与Fizeau型无中心遮拦的优势,由倾斜1.5°的分光平板和倾斜3°的参考平板组成;成像镜与准直镜形成双远心成像光路,成像放大率为0.25×,在宽谱段范围内的畸变校正达到0.24%。采用构建完成的宽带光干涉仪测试了USAF1951分辨率板,系统分辨率可达14 lp/mm;测试了校准高度分别为7.805μm和46.554μm的台阶板,对阶跃型结构测量的高度偏差优于0.4%。

摘要：光学干涉绝对检验技术能够实现参考面和待测面面形的有效分离,是对干涉仪进行精度标定的有效手段。面向大口径平面干涉仪的校准需求,旋转平移法仅需一块透射平晶和一块反射平晶,避免了额外加工第3块平晶的成本和难度。但随着口径的增大,自重和支撑使得反射平晶在平移和旋转多种状态下的变形较大,继而影响绝对检验精度。提出设计轻量化的校准反射镜作为反射平晶,采用旋转平移法实现大口径干涉仪的绝对检验。以Φ1 500 mm平面干涉仪作为标定需求,采用碳化硅作为校准反射镜材料,以三角形轻量化结构和6点背部支撑方式进行轻量化设计,控制其质量仅为93 kg,支撑和重力引入的面形变形PV值为9.75 nm。将变形面形叠加至PV值λ/4、不同分布的加工面形进行旋转平移绝对检验仿真计算,对旋转对称程度低且包含较多高频成分的面形,检验精度为λ/30;而对分布平滑对称的面形,检验精度可达到λ/50。因此,为了实现对于大口径平面干涉仪λ/50精度的标定目标,要求碳化硅校准反射镜加工面形PV值低于λ/4,尽量避免高频成分,旋转对称程度高。

摘要：厚屏频率选择表面(TFSS)是在薄屏FSS基础上,通过增加金属屏厚度,构成一种波导单元传输模式的新型FSS,使其具有更好的中心频点稳定性和工作带宽特性。本文通过设计一种Y型单元的TFSS结构,并利用矩量法,研究了单元排列方式对其传输特性的影响。结果表明:TFSS的工作带宽较薄屏FSS的工作带宽大,且随着单元排布紧密程度上升;随着单元排布紧密程度上升,透过率和带宽都呈上升趋势;电磁波正入射较斜入射的工作带宽大,透过率随着单元排布紧密程度上升,而趋于稳定;随着金属屏厚度的增加,透过率和工作带宽都呈减小趋势。

摘要：本文设计了一种太赫兹波段的介质/金属一维光子晶体,并采用FDTD法对所设计的结构的电场分布进行仿真研究。在电场为500THz条件下,分别研究了周期数、介质厚度、不同金属层对电场分布的影响,并给出影响规律。所得结果为该类结构用于光学器件的设计提供一种依据。