摘要：透射率在光学领域中有着重要的用途,为了精确的测量物体的透过率,本文基于自相关检测原理设计了一套大动态范围高精度激光透射率测量系统,在分析噪声的基础上,计算了最小可探测光功率,确定了测量的动态范围;同时分析计算了系统信噪比改善程度,最终实现高精度测量。本文以635 nm半导体激光器为光源,使用光电二极管为探测器,采用锁相放大器对微弱探测信号的提取和对干扰信号的抑制,搭接了测量系统,通过分析计算得到待测样品的透过率,并通过改变信号调制频率和锁相放大器的时间常数来观察其对信噪比影响,最终选择调制信号频率在1 000 Hz,锁相放大器时间常数为30 ms的情况下测量,实验表明,系统可测量透射率的范围为0.000 01%~100%,测量误差范围为1%。对于其它波长或其它微弱信号构成的测量系统的动态范围和精度的分析具有借鉴意义。

摘要：为了实现飞机座舱人机工效实验验证平台中的环境光模拟系统在大面积目标面上高均匀的照度分布,采用模拟退火算法结合照度叠加理论模型,主要从光源发光角度和排布方式两个方面阐述大面积高均匀照明的LED阵列设计方法,并且通过实验验证了其准确性。结果表明,采用363个LED光源按照模块化排布的光源阵列在距离1.5 m处的4 m×4 m目标面范围内,光照度均可达到5×10^(4) lx,且光照度均匀性达98.17%。该结果满足高空环境光模拟系统大面积高强度高均匀性的设计要求,可以为在大面积目标面实现照度高均匀性分布的照明系统设计提供参考。

摘要：为进一步拓展微纳米周期超结构功能特性,满足光学周期超结构高精度设计需求,基于时域多分辨分析方法,从Maxwell方程出发,推导出微纳米三维半球光学周期结构表面散射耦合场,计算结果与时域有限差分方法结果吻合良好。给出微纳米三维半球光学周期结构表面场分布并数值计算微纳米三维半球光学周期结构表面微分散射截面,提炼分析填充材质、半球尺寸、半球间距等参量对光学周期结构表面散射场影响规律。结果表明:P偏振下电场分布更能突出周期结构表面结构单元轮廓;散射场值随入射角变大,在对应镜面散射角方向逐渐减小;在半径和波长值相当时,填充单元散射场峰值个数与探测范围内填充单元个数吻合;随填充半球间距增大,散射场的极大值数递增,且极大值对应的角度区间依次减小。

摘要：为了使分光光度计在宽光谱范围内能够实现高分辨率,采用旋转光栅方式设计了基于非对称式切尔尼-特纳(Czerny-Turner)型结构的光学系统。根据分光光度计的工作原理和几何像差理论,并考虑中心和边缘波长的影响,计算了分光系统各光学元件的特征参数和结构参数。以光谱分辨率为主要目标,通过Zemax软件对光学系统进行仿真与优化设计,确定最佳光路结构,并采用多重结构模拟光栅旋转以实现对宽波段的扫描。仿真结果显示,系统在300~1000 nm光谱范围内分辨率均远优于0.1 nm。通过搭建实验系统验证了分光光度计的光谱分辨率能够达到0.1 nm的技术指标。因此,所设计的分光光度计光学系统对宽光谱高分辨率的光谱仪器设计具有一定的参考价值。

摘要：为解决地球遥感观测和星载激光雷达探测等领域对空间光学系统尺寸小型化、结构紧凑和高分辨率的要求,本文设计了一种基于Zernike自由曲面的紧凑式离轴三反系统,同时满足了长焦距、小畸变和宽工作波段的要求。该系统采用非对称、近圆形布局的离轴三反光学系统,并在第三反射镜采用了自由曲面的设计,通过在Zemax软件中设置适当的优化目标和方法,对光学系统进行设计优化。最终该系统有效焦距为800 mm,F数为4,视场角为12°×6°,畸变小于1%,工作波段覆盖可见光及近/中红外波段,在400 km轨道高度实现了1.5 m的地元分辨率(可见光)和2.5 m的地元分辨率(近红外),地面幅宽为80 km×40 km。并进行了系统像差、点列图、MTF等性能指标评估的分析与验证,结果表明该设计方案带来了高分辨率并提升了信息获取能力。

摘要：针对太赫兹频率选择表面(FSS)单元结构复杂、参数繁多、优化耗时等问题,基于卷积神经网络(CNN)并结合遗传算法,提出一种FSS智能化融合设计方法,并将其应用于典型滤波FSS的性能优化设计。将FSS周期单元拓扑编码为16×16的“0/1”旋转对称序列,收集26000组0.5~3 THz的透反射光谱作为数据集,利用19层CNN实现光谱预测,对测试集的平均绝对误差低至0.06。利用预测光谱与目标光谱的差值,给出各类典型FSS设计的通用目标函数,结合遗传算法,设计实现了带宽为0.1 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.5 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.2 THz的双频带通FSS,且均具有良好极化稳定性。计算结果表明,通过优化设计FSS的拓扑编码,可以简洁高效地实现各类典型带通带阻FSS。

摘要：针对光电成像系统呈现出的全天候、大视场、高分辨的成像需求,基于多尺度成像原理设计了一款0.4~1.7μm宽波段的广域高分辨率光学成像系统。该系统由共心球物镜和37个中继子系统阵列组成,通过多个中继子系统阵列对共心球物镜所得一次中间像面进行视场分割、成像及像差校正,从而实现广域高分辨成像。经过优化设计,最终得到全视场(105.6°×25.6°)的宽波段、大视场、高分辨光学系统。系统单通道全视场范围内点列图的最大均方根半径值小于一个像元尺寸,各视场调制传递函数值在空间频率为33 lp/mm处均大于0.6,曲线平滑集中。分析结果表明,该系统满足大视场、高分辨、全天候成像需求,可为后续宽波段、大视场、高分辨光学成像系统的设计提供一种可行的参考方案。

摘要：介绍了一种基于相息图原理的用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法,并在此基础上,以雪花图形和分划板图形为例,完成了全息元件实验样件的制作及全息再现实验,这种实时再现的图像可以用于智能显示。在已知记录介质折射率的情况下,通过控制纯相位型计算全息图记录介质表面微结构的宽度和高度来调制光波,得到所需图像。采用逐步迭代的傅里叶变换算法来获取纯相位型计算全息图的相位结构,为了降低相位型计算全息图的制作难度,提出量化数学模型,并对所设计的相位结构进行量化处理,给出了纯相位型计算全息图的4台阶浮雕型相位结构。全息元件的尺寸设定为6mm×6mm,工作波长为650nm,衍射结构的最小特征尺寸为8μm。理论计算和模拟再现像的结果表明,在未考虑加工误差的条件下,所提供的这种用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法是可行的。此方法可推广用于其它任意特定图案的纯相位型计算全息图的设计,也可用于设计具有光束整形功能的衍射光学元件,如离轴照明的光束的整形匀光器件等。用于智能显示时,用平行光照射制作的实验样件,只得到的单一的衍射图像,不存在其他衍射级次的图像,在考虑采用台阶量化结构和存在加工误差的情况下,衍射效率仍然很高。若改变设计的全息图相位的正负,并用平行光以特定的角度照射制作此相位型计算全息图,可用于全息瞄准。

摘要：针对头盔显示系统高像质、全彩显示、结构简单紧凑的应用需求,提出双自由曲面棱镜结构,利用离轴折/反射的原理,设计了一款双通道头盔显示光学系统。通过自定义约束函数,构建了双棱镜模型,运用矩形阵列光瞳采样算法结合矢量像差理论,迭代优化了离轴非旋转对称系统。所设计的投影和透射双通道系统工作波段为400~700 nm,出瞳直径为8.5 mm,出瞳距离为21 mm,体积为41.5 mm×31.5 mm×14.1 mm。投影通道视场为45°,全视场调制传递函数值在61 lp/mm处大于0.3,透射通道视场为52°,全视场调制传递函数值在30 cycle/(°)处大于0.4。对双通道系统进行了眼球动态像质分析,结果表明,在出瞳直径范围内,人眼所接收到的像质基本不受眼球姿态的影响。该双棱镜结构为下一代双通道头盔显示系统提供了可参考的设计方向。

摘要：设计了一种加载变容二极管的双频独立可调谐带通频率选择表面,该表面的单元结构由加载变容二极管的复合金属表面、Rogers RT5880介质层和底层十字馈线构成。基于时域有限差分法和等效电路法对所设计的模型进行结构优化并验证了其电磁特性。结果表明,分别在外环处和内环处加载0.2、0.4、0.6 pF和0.03、0.06、0.08 pF的等效电容时,谐振中心频率随着电容的增大向低频漂移,分别实现了低频通带和高频通带的频率调谐。基于谐振频率处的表面电场分布,详细阐述了实现双频频率可调谐的物理机制。所设计的双频独立可调谐带通频率选择表面模型具有不需要考虑额外馈线的简单偏置网络结构,为微波波段有源可重构器件提供了新思路。