摘要：多光谱辐射测温技术具有不干扰被测场、测量无上限以及响应速度快等优点,是高温测量领域的最有力工具之一。目前,多光谱高温计以点温测量为主,光路通过物镜、光阑、棱镜等光路通道将待测点辐射分光后进入探测器阵列,实现单点的多光谱信息采集。随着工业智能化程度的不断提高,更加需要实时获得大量的温度分布信息,如特种金属材料的冶炼过程、高温合金激光自动焊接过程、半导体晶体生长过程、火箭发动机尾喷焰温度诊断等领域都需要实时获得某条线乃至整个二维表面的温度,从而提高产品性能和质量,因此通过多光谱辐射测温技术测量待测表面某条线的温度分布十分重要。但是,简单将光阑变为狭缝,实现待测线表面的辐射经透镜、棱镜等传统光路分光后,由于光学系统球差的作用,会使得分光后的狭缝光谱由于离轴传输而呈现严重的弯曲现象,不利于矩形光电探测器阵列的完全接收。为此,提出基于正交柱状透镜组的多光谱线温光路系统,利用正交柱状透镜在不同位置成像可以实现由圆到椭圆再到直线的特殊作用,较好地解决了传统多光谱辐射高温计光路所存在的球差问题。利用ZEMAX光学设计软件,基于S4111-16Q的光电探测器阵列实际大小进行反向光学系统设计,确定了狭缝、物镜、棱镜、正交柱状透镜等光学器件关键的参数,基于这些参数所实际加工的光学器件,搭建了多光谱线温高温计光学系统,并进行了无正交柱状透镜和有正交柱状透镜成像情况下的对比实验,结果表明,在没有柱状透镜的情况下,狭缝成像明显弯曲,在加入正交柱状透镜的情况下,狭缝成像弯曲现象消失,经狭缝分光后的线光谱明显呈直线状态,这为整条线的光谱辐射信息完整进入各探测器阵列提供了技术支撑,从而为后续线温测量提供了有力的光谱辐射数据信息。

摘要：为了提升导弹在复杂环境下的寻的制导能力,设计了一种红外与可见光双模式导引头光学系统。该方案中采用分光镜透射红外光反射可见光,使结构布局更加紧凑,实现红外与可见光共口径,同时配合红外材料选取,实现光学被动消热差设计。中红外模式视场角3°×2.3°,可见光模式视场角5°×4°,工作温度20℃条件下,双模式在截止频率处,MTF(Modulation Transfer Function)值均大于0.4。红外与可见光双模式光学系统适合应用于复杂环境的导弹制导,对温度有良好的适应性,具有较好的成像质量,满足系统的性能要求。

摘要：单模耦合是光纤耦合光学系统中的关键技术,当前单模耦合过程中还存在一些难题,直接影响单模耦合结果,为了获得更优的单模耦合结果,对光纤耦合光学系统的单模耦合效率进行分析和研究。首先根据单模耦合原理设计了光纤耦合光学系统,并设计了发射端与接收端,然后构建光纤耦合光学系统的单模耦合模型。测试结果表明,设计系统的单模耦合模型优越性十分明显,耦合效率得到了明显提升,为相关光纤耦合光学系统提供了有价值的参考意见。

摘要：为解决纯折射式光学系统不易实现长焦小型化设计以及纯反射式光学系统不易实现较大视场的技术问题,采用折反式光学结构形式设计了一种焦距为500 mm、工作波段为0.9~1.7μm、F数为5的短波红外成像光学系统。该系统由抛物面主镜、二次曲面次镜以及后组透镜组成,光学系统总长度小于138 mm。设计结果表明,该系统结构紧凑、体积小、成像质量良好,在探测器对应的特征频率33 lp/mm处的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值大于0.55,接近衍射极限。整机装配完成后进行了MTF测试及外景成像测试。实际测试结果与设计分析一致,满足应用需求。

摘要：为了满足监控侦察对光学系统日夜两用及监控范围广的需求,运用像差分析方法和光学设计软件设计了一种大视场宽光谱光学系统。设计的光学系统由7片透镜组成,所有透镜的光学面均采用球面设计,工作波段为400~1100 nm,最大全视场角达到140°,焦距为2.33 mm,f数为5,后工作距离为7.42 mm;在奈奎斯特频率42 lp/mm处,视场角范围的调制传递函数值均大于0.28,相对照度均大于96%,最大视场角的F-theta畸变值为27.85%;最后,对设计的光学系统中各类型公差进行了分析。结果表明,设计的光学系统像差校正较好,具有较好的成像质量且易于加工。

摘要：(续上期)笔者自主研发出了一种能够满足插片验光中试镜片工作条件的连续变焦验光光学系统,用该系统制成的便携式主观验光仪,结构简单、验光快速、结果准确,只需插片验光再进行少许调整或者不用调整,即可获得最终配镜处方。本文分为上下两个部分进行阐述,上篇主要探讨了系统设计原理和结构(详见《中国眼镜科技杂志》2024年4月刊),下篇详细描述仪器验光方法及其功能优势。

摘要：验光仪是眼科疾病治疗及屈光度数检查的重要仪器之一,能够提供可靠的测量结果,为从业者提供重要的参考数据。笔者自主研发出了一种能够满足插片验光中试镜片正常试戴的连续变焦验光光学系统,用该系统制成的便携式主观验光仪,结构简单、验光快速、结果准确,只需插片验光再进行少许调整或者不用调整,即可获得最终配镜处方。本文分为上中下三个部分,上篇主要探讨系统设计原理和结构,中篇将详细描述仪器验光和参数设置方法,下篇将阐述仪器功能优势及应用前景。

摘要：为实现星敏感器在J波段对3等恒星进行全天时高精度探测,采用被动消热差设计方法,根据光学系统与结构材料的热差性能差异,进行匹配优化实现镜头消热差,设计完成了一种大相对孔径全天时星敏感器光学系统。针对恒星在该波段下的指标进行分析,确定光学系统焦距为84 mm,F数为1.4,工作谱段范围为1.1~1.4μm,视场角为8.4°。在光学系统设计过程中选取常用光学材料和镜筒材料,通过改变各透镜形状,合理匹配各镜片之间的光焦度,从而实现被动补偿无热化设计。优化设计完成后的光学系统在高低温(-40℃~+60℃)及真空条件下,当离焦0.02 mm后,弥散斑尺寸优于30μm,色畸变小于0.018 mm。星敏感器内部采用表面发黑处理,遮光罩采用非等间距布局设计,表面采用一款具有较高太阳吸收率的SB-3A国产消光漆进行涂黑,可以在保证效果的情况下有效减轻重量,遮光罩内档光环采用16°斜角,可以保证较好的杂散光抑制能力。利用Tracepro软件对光机系统的杂散光进行了仿真分析,分析结果表明,视场内由目标产生杂散光是目标强度的3×10^(-5),视场外杂散光强度由10^(-2)量级迅速下降,18°以外杂散光强度为视场外强光的10^(-4)以下。地面观星试验实现了对3等星全天时探测,验证了该光学系统设计的合理性。

摘要：为了产生半径可自由调控的聚焦环形激光且确保离焦后光束强度仍均匀,本文提出一种透射-反射式组合的环形光光学系统设计方法。对于透射式系统,基于等能量分割原理,建立入射光与出射光投射高度的映射函数,优化透镜的各项参数,将入射的高斯光先整形成平顶圆形光,实现光束强度均匀化。反射式系统通过调整焦面环形光直径调控范围、工作距离等参数,结合几何光线追迹原理,计算圆锥反射镜、抛物柱面镜及动镜的各项参数,将平顶圆形光再整形成环形光。实验结果表明:当动镜半顶角为16°时,所设计系统能够实现聚焦环形光半径在15~30 mm范围的自由调控,尺寸误差不超过0.05 mm,离焦后强度均匀度达到84%。该设计方法无需更换系统镜片即可兼顾强度均匀性和尺寸自由度,可操作性好,产生的环形光加工精度和效率更高。

摘要：为了减小弹载光学系统支撑结构在服役温度下的热膨胀变形,选用纤维方向热膨胀系数小、可设计性强、比重小的碳纤维复合材料代替钛合金作为支撑结构主体材料。首先测定复合材料沿纤维方向和垂直纤维方向的线热膨胀系数,并在此基础上建立复合材料层合结构热膨胀仿真分析方法,然后以轴向前端热膨胀变形量最小为目标、质量与基频为约束进行复合材料支撑结构优化设计,通过有限元数值仿真验证设计方法的有效性。结果表明:碳纤维复合材料支撑结构相较于钛合金支撑结构在50℃的均匀温升区间内轴向前端热膨胀变形减小87.8%,质量减小63.2%,基频提升了24.4%,满足了支撑结构对超低热膨胀、轻量化和动态特性的要求。