摘要：离轴反射系统设计的关键环节是确定适用初始结构并进行优化,一般从同轴结构或者专利库中寻找相似的结构开始优化,这往往需要耗费大量的时间。以Seidel像差理论为依据,研究了一种获取离轴四反系统初始结构的设计方法。在设计之初引入视场偏置,通过追迹近轴光线给出五种单色像差的初级Seidel像差表示。以Seidel像差绝对值最小化作为目标函数,同时加入对光学和系统结构上的限制条件构建含有约束条件的单目标非线性优化模型,并通过粒子群优化算法进行求解。在此基础上,通过MATLAB调用CODE V API接口,判断此视场偏置情况下是否满足无遮拦的条件,并从中挑选出满足条件的初始结构。设计了一款焦距为1200 mm,视场1.2°×20°,F数为6的离轴四反光学系统,系统结构布局紧凑,成像质量良好,各项指标均满足设计要求。

摘要：针对小型卫星遥感载荷轻量化和高分辨的应用需求,基于同轴四反光学系统初级像差理论,设计了一种小口径、长焦距、主三镜和二四镜均实现多面一体化的同轴四反光学成像系统。系统光路折叠紧凑,四面反射镜均为高阶偶次非球面,最终的设计结果为:视场角为1.5°,有效通光口径为140 mm,焦距为737 mm,系统总长为150 mm,各视场调制传递函数曲线接近衍射极限,衍射调制传递函数优于0.2(对应100 lp/mm),边缘视场相对畸变为0.17%。系统主三镜的曲率和二次曲面系数一致,二四镜的曲率和二次曲面系数一致,易于多面一体加工。系统加工自由度由传统的12项减少为8项,装调自由度由传统的12项减少为6项,公差分配合理,装配难度小。系统光机结构采用同质铝合金材料,在-30~70℃之间均保持良好的成像质量,无需额外后截距补偿,表现出良好的热稳定性。

摘要：针对手术显微镜景深与分辨率之间相互制约的问题,为在高分辨率成像前提下拓展景深,提出一种基于眼科手术显微镜系统的图像获取改造方案,对手术显微镜的双光路结构进行改进,使得双目图像分别具备大景深与高分辨的特性。随后针对系统改造后的成像特点设计一种双目图像融合算法,将图像的聚焦检测结果作为初始融合决策图,并结合图像颜色与纹理信息对决策图进行细化,通过双尺度分解实现细节信息的有效融合。实验结果表明,所提改造方案与融合算法能够在保证高分辨率成像的前提下,将景深提升50%以上。所提方法适用于大景深与高分辨率手术显微图像的目视观察、术中2D与3D显示、术后的影像保存与分析。

摘要：基于非近轴光线追迹算法对光楔扫描系统的正向问题进行求解,得到不同速度比下的花瓣形扫描轨迹。根据光楔转速和取样间隔计算轨迹点数,根据轨迹点与坐标原点的距离曲线的极小值点个数计算花瓣数,进而建立由速度比计算花瓣数的关系式。通过轨迹点数和花瓣数评估不同速度比对应的扫描轨迹的扫描时间和覆盖率,总结扫描轨迹与速度比之间的规律,提出三光楔扫描系统获取规则、对称且不存在大片扫描盲区的扫描轨迹时速度比需要满足的条件。所得规律和结论可在光楔扫描系统的应用中合理确定速度比,从而选取满足扫描效率要求的扫描轨迹。

摘要：针对石墨烯手性超表面的研究主要集中在中红外波段,而在太赫兹波段的器件研究相对较少,以及石墨烯非本征结构产生的圆二色性不足的问题,根据石墨烯的特性设计了一种双层石墨烯手性超表面结构。该结构的上下两层石墨烯图案存在一定的夹角,通过调整这个夹角大小和中间层二氧化硅的厚度,研究了超表面结构的圆二色性。此外,还通过改变石墨烯的费米能级和弛豫时间,分析了超表面结构的动态调谐能力。仿真结果表明:该超表面结构能够在太赫兹频段实现圆二色性,并且具备动态调谐的能力。

摘要：提出了一种通过改变二氧化钒的相变状态,实现太赫兹波在透射、反射之间灵活切换且多频点多波束可调的全空间太赫兹编码超表面。仿真结果表明:当二氧化钒处于绝缘态时,在频率f_(1)=0.6 THz的左旋圆极化波(LCP)垂直入射下,设计的编码超表面可以视为3-bit Pancharatnam-Berry(PB)几何相位编码超表面,产生透射的拓扑荷数为1的涡旋波;当二氧化钒处于金属态时,设计的编码超表面可以视为双频点独立可调的1-bit各向异性反射型编码超表面。频率f_(2)=0.5 THz的正交线极化波(x与y极化波)垂直入射时,该编码超表面可以产生两种不同形式的对称波束;频率f_(3)=0.85 THz的正交线极化波垂直入射时,可以实现雷达散射缩减和对称波束。这对设计多功能的太赫兹波束调控器件有一定的借鉴意义。

摘要：依据Pancharatnam-Berry(PB)相位原理提出了一种可切换频段的太赫兹编码超表面,其顶层是金属-二氧化钒(VO2)复合结构层,中间是聚酰亚胺介质层,底部为纯金属反射层。编码超表面单元按不同的编码序列排列构成的编码超表面,可以产生多种太赫兹波束形式,并且随着VO_(2)的相变,可以在不改变原波束形式的情况下实现从单频段到双频段的切换功能。通过设计不同的编码序列,令编码超表面分别产生了涡旋波和散射波,对于垂直入射的右旋圆极化波(左旋圆极化波类似):当VO2处于绝缘态时,在频段1.17~1.37 THz处可以产生与编码序列所对应的波束形式;当VO2相变为金属态时,在0.87~0.92 THz和1.4~1.6 THz两个不同频段处分别获得与VO2处于绝缘态时相同的波束形式,进一步拓宽波束产生的频段。所提出的编码超表面利用了VO2的相变特性增加了太赫兹工作的频段,为实现频段可切换的太赫兹编码超表面提供了思路,在太赫兹波束调控中的调频方面有一定参考意义。

摘要：为保证巡检机器人工作状态的稳定性以及安全性,在危险工况下代替人工完成巡检任务,设计了一种基于光学传感器多模态传感的移动机器人巡检系统。该巡检系统搭载深度相机、声振动传感器、气体浓度检测装置、红外热成像仪等传感模块,能够采取自动路径规划或人工手动遥控的方式工作;搭配成熟的图像处理和声纹识别算法,机器人在巡检过程中能即时判断待测设备运行噪声、热缺陷、设备外观、仪表读数等特征有无异常;通过局域网通信方式与智能仪控系统配合,替代人工实现大范围内被控设备的自动监测。实验结果表明,该巡检机器人能在复杂环境中进行高效、准确的巡检工作。通过多模态信息融合技术准确识别和定位故障点,自主决策最优的巡检路径。同时,全光智能技术保证了机器人高速数据传输和处理能力,大大提高巡检效率和质量,为恶劣条件下提高变电站智能化的运维水平提供了一种新型辅助手段。

摘要：针对现有光子晶体光纤(PCF)结构复杂、不易制造且灵敏度低的问题,设计了一种用于液体传感的新型高双折射率高灵敏度PCF。这种光纤的纤芯中引入了2种尺寸不同的椭圆形空气孔,而包层则是由相同尺寸的圆形空气孔按四边形排列组成的。利用有限元法结合完美匹配层边界条件,借助COMSOL Multiphysics模拟软件对该PCF进行了数值模拟。将水作为传感液体注入纤芯,在1.3~1.8μm的波段范围内对光纤的双折射、限制损耗以及灵敏度进行了详细的分析。研究结果表明:随着波长的增加,新型PCF的双折射率达到了10-2数量级;在波长为1.3μm时,其灵敏度高达54.4%,相较于已有PCF,提升幅度高达1.1~2.5倍。

摘要：提出了一种小型化、宽频段、高灵敏度的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,利用毫米级FBG进行传感器结构的微型化设计。采用“杠杆铰链”结构作为应变传递梁,通过质量块尾端镂空的方法,调节整体质量块重心位置,提高了传感器的固有频率,此结构可以在灵敏度小幅度降低的情况下提升传感器的固有频率。为了满足空间相机上传感器小型化的要求,设计了体积为15 mm×15 mm×15 mm的振动传感器,并对其进行了结构设计和有限元仿真分析,完成了传感器的结构优化,兼顾工作频段和灵敏度。通过毫米级FBG刻写、传感器封装完成了传感器的制作。搭建了振动测试系统对传感器的特性进行测试和分析,结果表明:传感器的固有频率约为1250 Hz,激振频率为750 Hz时,传感器的灵敏度大于83.3 pm·g^(-1),横向抗干扰能力较强,交叉灵敏度小于4%。