摘要：目前中波红外变焦系统在大变倍比,长焦距变焦条件下,难以在极短总长的条件下具备较低敏感度。针对这一问题,本文通过合理分配非球面和衍射面,采用独立组元低敏感度设计方法,设计出一套无需折叠光路,总长仅有337 mm的低敏感度中波红外变焦光学系统。通过降低各个组元的像差从而降低系统公差敏感度。该系统具有30倍大变倍比,可实现30~900 mm的长焦距连续变焦。该系统具有变倍比大、长焦距变焦、极短总长以及低敏感度并且全焦距范围内像质良好等优点,在狭小空间目标识别、跟踪、探测等方面,具有较大的应用优势。

摘要：为满足激光通信系统的共形设计和实现轻小型化的空间激光通信组网,设计一种应用于机载平台下的基于偏振光栅与快反镜(FSM)的新型单探测器复合轴系统。针对旋转偏振光栅实际应用与理论之间的差异,将偏振光栅光束偏转问题与目标脱靶量之间进行关联,定义了目标位置与双偏振光栅角度关系,进行了偏振光栅光束偏转坐标构建及解耦。随后对复合系统偏振光栅单元与FSM单元进行设计,通过目标闭环试验检测了系统跟踪性能,结果表明,在5°@0.2 Hz载体扰动情况下,双偏振光栅方位轴、俯仰轴脱靶量闭环残差分别为126.1002μrad(RMS)与149.5309μrad(RMS),FSM方位轴、俯仰轴脱靶量闭环残差分别为3.4921μrad(RMS)与4.0131μrad(RMS),动态目标闭环控制双轴精跟踪残差为5.3197μrad(RMS),相比于Risley棱镜,光束偏转范围提升4倍,精度提升45.8%。整个跟踪过程中,两偏振光栅旋转角度值连续且平稳变化,满足轻量型机载平台对光电跟瞄设备的使用需求。

摘要：数字微镜器件(DMD)应用于会聚成像光路中时,其表面微镜绕各自旋转轴做偏转运动,且微镜相对平面反射镜呈非连续分布,这导致了经过DMD反射后的光束轴外视场主光线与轴上视场主光线存在光程差。利用几何光学和像差理论,在基于DMD的会聚成像光路中得到了DMD面上的像高、光线入射角度、DMD像素大小及偏转角与最终光程差之间的关系。分析了影响光学系统像质的因素及补偿方法,并通过仿真模拟和实验验证了理论的正确性。该研究结果对采用DMD器件的光学系统设计和装调均具有重要意义。

摘要：为了适应不同视场光谱仪的应用需求,设计了一款offner型连续变焦中波红外光谱成像系统。该系统引入前置变焦系统实现60~300 mm范围连续变焦,同时采用光栅型offner同心结构进行光谱分光及成像,系统工作波段为3~5μm,选用制冷型红外探测器,系统F#=4.0。根据物像交换原则及光焦度分配原则对前置变焦系统和中继系统的初始结构进行了计算,并应用zemax软件对各子系统进行优化,使其满足设计参数要求。最终offner型连续变焦中波红外光谱成像系统的调制传递函数在空间频率33 lp/mm处接近衍射极限,点列斑均方根半径均小于一个像元大小,设计的结果显示系统结构简单,在各个焦距位置及各谱段下,像质均满足了设计指标要求,成像质量良好。

摘要：为了在实现系统内调焦的同时保证宽光谱系统的优良像质,通过合理选材对宽光谱光学系统中存在的位置色差以及二级光谱进行校正,并提出了一种内调焦宽光谱光学系统的设计方法.建立内调焦消色差的数学模型,推导系统设计所需满足的公式.结合提出的数学模型与推导出的公式,以焦距为90mm、F数为2.8、具备内调焦功能的宽光谱光学系统为例进行验证.结果表明,系统可在420~900nm的宽光谱范围内对0.2~200km位置内的目标进行色差校正,验证了内调焦宽光谱光学系统设计方法与消色差数学模型的正确性.

摘要：为了获得大视场管道内壁全景成像,利用Q-type非球面中的Q-con非球面设计了一款工作在可见光波段,视场大小为(65°~115°)×360°,焦距为1.24 mm,F数为3.5,总长为100 mm的折反射式全景光学系统。该系统由1片反射镜、8片透镜组成,其中反射镜单元采用Q-con非球面面型,其余透镜均为球面。在尼奎斯特频率93 lp/mm处调制传递函数大于0.4,成像质量接近衍射极限。为验证Q-con面型相对于偶次非球面面型在折反射式光学系统设计中的优势,实际设计了一款与Q-con非球面折反射式全景系统具有相同参数的偶次非球面折反射式全景系统,对两者进行了分析比较。结果表明,相对于偶次非球面,Q-con非球面多项式系数比对应的偶次非球面的多5~17个数量级,不仅有效的提高了系统设计效率、加工与检测精度、减小成本,同时也可以实现像质更高、口径更小的设计结果。

摘要：大孔径接收是克服大气光通信中大气湍流影响的有效途径之一。在有限孔径接收光强起伏理论基础上,建立了平均信噪比与无湍流影响时的探测器输出信噪比、孔径平均因子以及光强起伏方差之间关系的数学模型,并给出了系统误码率计算公式。通过数值计算得出了在给定误码率(BER)设计指标时,不同大气湍流参数条件下,接收孔径直径与无湍流影响时的探测器输出信噪比之间的关系曲线。

摘要：为实现新型机载光电跟踪平台轻量化、小型化与高精度化设计,提出一种应用于机载平台下的基于双液晶偏振光栅光束偏转机构的光电跟瞄方法。建立了基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束跟瞄反向公式模型,该模型只需输入跟踪点方位与俯仰角度坐标即可计算出两共轴光栅旋转位置,通过两共轴光栅的旋转来进行光束偏转;相比传统双棱镜光束偏转模型反向公式,该模型具有模型简单、运算快速、精度较高等优点;将基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束偏转反向公式模型与线性二次型调节器控制算法相结合嵌入控制板以实现跟踪功能。通过试验检测了系统跟踪性能结果表明:该双液晶偏振光栅跟踪模型在载体扰动的情况下可以实现目标跟瞄,在动态跟瞄实验中,采用视轴解耦与线性二次型调节器相结合的控制策略使得系统跟瞄精度得到明显提升,相比比例积分微分控制器系统方位与俯仰轴实时跟踪残差峰峰值均下降40%以上,在2°@0.5 Hz与5°@0.2 Hz载体扰动情况下双轴脱靶量均方根值综合统计数值分别达到328μrad与289μrad,验证了所提跟瞄模型的有效性。

摘要：针对显微系统具有高分辨率与高成像质量的要求,其系统一般片数多装调困难,导致系统存在实际的装调效果与设计结果之间难以匹配的问题,因此提出了小像差互补的方法对系统进行设计。首先,建立基于小像差互补设计方法的数学模型,然后将其编写为可用于控制ZEMAX软件的宏语言(ZPL),再对光学系统进行优化设计。最后以一红外显微光学系统为例,对比小像差互补设计方法使用前后的优化结果,对小像差互补设计方法进行了验证,发现应用小像差互补设计方法的光学系统,总体成像质量具有突出优势,各元件的公差敏感性明显降低,整体光学系统的稳定性得到了有效提高。

摘要：为在复杂环境下实现目标的高精度、高分辨率探测与识别,基于红外双波段成像光谱仪的准确性高、虚警率低的优点,针对像元大小为25μm、阵列尺寸为384 pixel×288 pixel的制冷型双色量子阱红外探测器,设计了一款红外双波段共像面成像光谱仪。由于红外双波段系统的谱段较宽,色差难校正,所以前置望远物镜采用的是离轴两反系统。光谱分光系统采用谱线弯曲较小的Offner凸面光栅结构。为了获得更高的光谱分辨率和衍射效率,同时为了更有效地利用探测器,对光栅的双衍射级次进行设计,中波波段和长波波段分别采用二级衍射和一级衍射进行分光。为了减小到达探测器的杂散光对成像结果的影响,设计了二次成像中继系统,用以保证系统实现100%的冷光阑效率。为了更好地进行光瞳衔接匹配,各部分系统均实现了远心性。最终系统的成像结果显示,点列斑均方根半径小于一个像元,调制传递函数接近衍射极限,没有明显的冷反射现象,成像质量较好,符合红外双波段成像光谱仪的设计要求。