摘要：介绍一种长焦距、大口径太阳光光纤耦合系统的光学设计。为达到减小大口径单透镜汇聚太阳光所产生的球差和色差的目的,采用聚光透镜后增加消像差光学系统的方法,并用Ze-max软件设计优化出适用于光纤耦合的光学系统,经过优化设计得到光斑半径为45.043μm,能量集中度达95%以上,像方孔径角为9.090 2°,系统总长525.584mm,满足数值孔径为0.22,芯径直径为1.5mm的石英光纤的耦合要求。

摘要：为了校正大长径比、大扫描视角共形整流罩引入的动态像差,提出了一种固定自由曲面透镜阵列校正器。通过设计透镜阵列校正器中各透镜自由曲面的面形和旋转角度,校正不同扫描视角大长径比共形整流罩引入的动态像差。实验结果表明,自由曲面透镜阵列校正器可以对长径比为1.2的共形整流罩实现±50°扫描视角的动态像差校正。这种新型校正器具有动态校正器和固定校正器的优点,可适用于扫描视角大、长径比大以及稳定性高的共形整流罩光学系统。

摘要：车载平显系统(HUD)可以让驾驶员更快速地查看车速、导航等相关信息,缩短驾驶视觉盲区时间,减少交通事故,改善驾驶体验。为加快车载HUD的普及,研究基于数字微镜元件(DMD)的微型投影系统,并以符合车身结构的反射式光学系统为核心,给出了仿真模型。借助投射投影屏,图像多次反射后进入人眼,形成位于挡风玻璃前端的虚像。设计目标显示,虚像距离为2.5 m,驾驶员不需要改变视距便可查看图像内容;水平可视范围为140mm,垂直可视范围为60mm,得到眼睛在不同位置看到的图像的光学传递函数,均接近衍射极限,表明图像清晰,设计效果较好。图像视场角为水平12°,垂直6.75°,在不干扰驾驶员视线的情况下提供了足够的显示面积。

摘要：三维姿态角的精确测量在航空、航天、国防等领域应用广泛,为方便准确地实现三维姿态角的测量,本文设计了一种基于透镜阵列的测量系统,并建立了微小三维姿态角测量分析模型。系统中,准直平行光束通过4个排列成金字塔形的阵列透镜,在CCD上形成规则分布的阵列光斑。通过分析CCD成像光斑间的距离、透镜阵列上相邻孔径之间的距离以及透镜阵列与CCD之间的倾斜角,可以得到光束相对于接收系统俯仰角和偏摆角,利用阵列光斑连线相对水平或垂直面的夹角,可同时得到绕Z轴的滚转角。通过与高精度自准直仪测量结果进行比较,证明所提方法的测量精度可以达到RMS≤0.1″,表明该方法能够实现三维姿态角的测量。

摘要：分析了同心球面光学整流罩内、外表面的球心与机载激光通信发射天线的万向节点不重合时,非对称的光学整流罩对通信光束远场发散角的影响。结果表明,在最大通信光束远场发射角约为54°的条件下,外部口径为200mm、厚度为5 mm的K9球冠整流罩使口径为30 mm的通信光束远场发散角由126μrad扩展到5.27-6.46mrad,而仅由整流罩面形加工精度引起的通信光束远场发散角变化相比由整流罩光焦度引起的通信光束远场发散角变化十分微小,可以忽略不计。利用球面透镜补偿通信光束远场发散角的变化,可使通信光束在整个发射角范围内的远场发散角均小于600μrad。

摘要：针对微型刀具高速微切削过程中磨损严重的问题,基于表面非光滑技术,在刀具表面进行微孔织构设计,并采用Deform-3D进行金属切削动态模拟分析。分析表明,前刀面带有微孔织构的微型车刀主切削力、刀尖最高温度、刀具磨损量,与无织构车刀相比都明显降低。利用微细电火花加工技术在微型车刀表面加工微孔织构,使用自行研制的高速微车削实验装置进行6061铝合金的微加工实验,并从刀具表面磨损状况、切屑形态、已加工表面粗糙度3个方面进行评价。实验结果表明,微孔织构在提高刀具减磨性能和已加工表面质量方面效果良好,微织构改善了切屑形态,增强了刀具排热、抗黏结性能。

摘要：激光武器已经成为未来大国战略制衡,改变战争样式的重要手段。它通常采用以哈特曼波前探测为反馈的自适应光学(AO)系统提升光束质量,保证毁伤效果。但由于环境中气压的改变,空气折射率、玻璃材料折射率发生变化从而引入额外的波前探测误差,难以保证光束质量。校准光源的引入可以实时标定AO系统,去除系统误差,保证校正效果,但同时也要求了校准光源的绝对稳定。因此本文设计了一款适用于宽气压范围的校准光源。首先,基于气压对光学系统的影响,通过分析像面位移系数和材料折射率关系,采用合理搭配光学材料,分配光焦度的方法补偿气压对光束质量的影响;再次,建立光学系统仿真模型,分析系统的波像差的稳定性和公差分配,为实验平台的搭建提供基础;最后,建立实验平台、验证设计结果。结果表明:气压在0.05~0.1 MPa范围内,相比于0.1 MPa的工作点,波像差呈先降低再上升的趋势,0.08 MPa达到最小,波像差PV值从0.087 4λ变动到0.019 8λ,最大变动量为0.067 6λ。校准光源的稳定性得到了满足,实现了对压强变化的有效补偿。

摘要：在同轴两片反射镜光学天线的空间激光通信终端中,入射高斯光束的中心最高能量部分被次镜及次镜支架遮挡,导致部分能量损失。为了减小能量损失,提高系统发射效率,将非球面整形镜应用在发射端准直扩束系统中,实现高斯光束到平顶光束的整形,以减小次镜及次镜支架遮挡损失的能量,同时对光束进行准直扩束。所设计的非球面整形系统入射面直径d=3mm,出射面直径D=12mm,波长λ=1550nm,玻璃材料为BK7,输出面上的光强分布接近均匀,发散角θ=1.216mrad。对比分析传统球面扩束镜与非球面整形扩束镜可知:同等参数条件下,采用非球面整形扩束镜的发射端的发射效率提高了11.1%。

摘要：针对机器视觉检测技术在缸体内表面横孔检测应用中存在的光源设计复杂、照度均匀性差等问题,本文提出一种以LED为直接光源在缸体内部照射横孔,以积分球为背景光源在缸体外部照射横孔的双光源照明方法。本文以缸体内横孔光照均匀性为出发点,建立光源辐射响应数学模型,分析了光源大小、距离、缸体受光点与光照均匀性的关系,并结合成像法介绍了缸体横孔照度均匀性评估方法。最后,通过实验对比分析了光纤光源、LED光源、LED+积分球光源在缸体横孔检测中的光照均匀性。实验数据显示,采用LED光源从外部照射横孔时光照不均匀度达10%,从内部照明时光照不均匀度为5%;采用光纤光源从内部照射横孔时光照不均匀度为4.6%;而采用积分球在缸体外部照射横孔,同时在缸体内部使用LED照明时,光照不均匀度为0.6%。可见采用LED+积分球双光源照明方法可以获得大于99%的光照均匀性,能够较好地满足机器视觉检测照明要求。

摘要：自适应光学校正技术可有效提升固体板条激光器的光束质量,但随着激光器输出功率的提升,输出光束口径逐渐增加,系统体积逐渐增大,自适应光学校正系统的设计难度也增加了。因此,在满足自适应光学校正系统中共轭探测等需求的前提下,统筹优化系统的尺寸参数,同时实现波前相位、光束质量评估等多参数的检测具有一定的研究意义。本文在系统整体尺寸为350 mm×180 mm×220 mm(长×宽×高)的条件下,研究实现了板条激光器输出160 mm×120 mm矩形光束多参数的检测。针对探测口径大、筒长限制、长出瞳距等技术要求,首先,利用双高斯初始结构的消像差特点,结合非球面技术,采用大倍率光束压缩后分光探测的设计方案,实现多参数的同时探测。其次,基于摄远成像和共轭成像等原理,确定系统初始参数。接着,建立仿真模型分析系统的成像质量和公差,为实验的搭建提供依据。最后,搭建实验平台验证设计结果。结果表明:所设计系统可在满足物像共轭、尺寸约束等条件下,实现对大口径矩形光束的共轭波前探测、光强均匀度检测和光束质量评估。实验测得被测光束β因子为1.24倍衍射极限,均匀度为73.8%,满足技术指标要求。