共轴三反光学系统卧式装调技术

王海超, 陈佳夷, 霍腾飞, 李斌, 刘君航

王海超, 陈佳夷, 霍腾飞, 李斌, 刘君航. 共轴三反光学系统卧式装调技术[J]. 应用光学, 2020, 41(5): 911-915. DOI: 10.5768/JAO202041.0501006
引用本文: 王海超, 陈佳夷, 霍腾飞, 李斌, 刘君航. 共轴三反光学系统卧式装调技术[J]. 应用光学, 2020, 41(5): 911-915. DOI: 10.5768/JAO202041.0501006
WANG Haichao, CHEN Jiayi, HUO Tengfei, LI Bin, LIU Junhang. Horizontal alignment technology of coaxial three-mirror optical system[J]. Journal of Applied Optics, 2020, 41(5): 911-915. DOI: 10.5768/JAO202041.0501006
Citation: WANG Haichao, CHEN Jiayi, HUO Tengfei, LI Bin, LIU Junhang. Horizontal alignment technology of coaxial three-mirror optical system[J]. Journal of Applied Optics, 2020, 41(5): 911-915. DOI: 10.5768/JAO202041.0501006

共轴三反光学系统卧式装调技术

基金项目: 国家重大科技专项
详细信息
    作者简介:

    王海超(1987−),男,工程师,主要从事光学遥感器反射式光学系统装调与测试工作。E-mail:651174826@qq.com

  • 中图分类号: TN206;TH743

Horizontal alignment technology of coaxial three-mirror optical system

  • 摘要: 共轴三反光学系统是空间光学遥感器常用的设计形式,以“高分一号”遥感卫星高分辨率相机装调为例,对共轴三反系统计算机辅助装调技术进行了研究。提出以主镜光轴为装调基准,通过调整三镜控制系统视场和调整次镜控制系统像差的装调方法,分析了次镜和三镜的失调量与Zernike系数变化关系,由光学设计软件求得系统灵敏度矩阵,用于指导系统装调工作,提高了装调精度,缩短了装调周期。测试结果表明:光学系统各视场Zernike系数优于0.05λ,系统波相差RMS值优于0.06λ,系统通过在轨成像测试,图像清晰,层次丰富。
    Abstract: Coaxial three-mirror optical system is a popular optical system design form in space optical remote sensor. Taking the alignment of high-resolution camera of the GF-1 sensing satellite as an example, the computer-aided alignment technology of coaxial three-mirror optical system was researched. The primary mirror optical axis was set as the benchmark. By adjusting the alignment methods of three-mirror control system field of view and secondary mirror control system aberration, the changes in the relationship between the misalignment rate of secondary mirror and three-mirror and Zernike coefficient were analyzed. The system sensitivity matrix was obtained by the optical design software to guide the system alignment, which improved the accuracy of alignment and shortened the period of alignment. Test results show that the Zernike coefficient of each field of view in optical system is better than 0.05λ, and the RMS value of system wave aberration is better than 0.06 λ. The system passes the on-orbit imaging test with clear and multilayer images.
  • 波分复用技术(wavelength division multiplexing,WDM)作为有效提升传输系统中继距离与可用带宽的技术手段,随着高速扩张的信息量和日益庞大的网络用户总数逐渐被通信行业广泛投入使用[1]。光放大器为WDM传输系统中关键性器件[2],其性能的改善与开发决定着WDM和现代光波通信的发展速度。WDM系统中应用最广泛的光放大器是掺铒光纤放大器(erbium doped fiber amplifier,EDFA)和拉曼光纤放大器(Raman fiber amplifier,RFA)。掺铒光纤放大器广泛用于C+L波段放大,提供高增益系数和成本效益,但工作带宽固定、带宽区间较小[3-6],增加了自发辐射(ASE)噪声。RFA可以放大任意波长的信号[7-11],且增益波段灵活、噪声指数(NF)低,但增加了系统的非线性效应,降低了泵浦光到信号光的功率传输效率[12]

    2个放大器EDFA和RFA各有优缺点,级联2个放大器可以增加两者的优势。使用混合光放大器(hybrid optical amplifier,HOA)能够降低系统的非线性和噪声系数,提高增益带宽和系统容量[13]。但混合放大器的性能取决于许多参数,包括掺铒光纤放大器和拉曼放大器的光纤长度、泵浦功率及波长等。因此需要优化HOA的主要参数,以使混合系统的增益最大化。

    本文以宽带混合放大器的设计与优化为研究目标,采用能有效改善浓度淬灭、离子聚集效应的铒/镱共掺光纤放大器[14](erbium-ytterbium doped fiber amplifier,EYDFA)取代EDFA。对EYDFA/RFA混合放大器展开研究,给出了EYDFA/RFA混合放大器理论模型,并对所设计的混合放大器结构进行合理的参数配置。为了进一步提升混合放大器增益,改善其增益平坦度,建立了二阶多泵浦分布式EYDFA/RFA混合放大器结构。以增益平坦度和增益值为优化目标设计了二阶多泵浦EYDFA/RFA混合放大器模型下的粒子群优化算法。

    混合放大器的数学模型由RFA的Raman耦合波方程与EYDFA传输方程联合构成,稳态EYDFA的传输方程为

    $$ \begin{split} \frac{{{\rm{d}}{P_{\rm{p}}}({\textit{z}})}}{{{\rm{d}}({\textit{z}})}} = & - {\Gamma _{\rm{p}}}[{\sigma _{\text{α}} }({\lambda _{\rm{p}}}){N_{{\rm{Yb}}}} - ({\sigma _{\text{α}} }({\lambda _{\rm{p}}}) + {\sigma _{\rm{e}}}({\lambda _{\rm{p}}})){N_{{\rm{Yb}}{\text{*}}}}({\textit{z}})]{P_{\rm{p}}}({\textit{z}}) -\\ &{\delta _{\rm{p}}}({\textit{z}}){P_{\rm{p}}}({\textit{z}})\\[-10pt] \end{split} $$ (1)
    $$ \begin{split} \frac{{{\rm{d}}{P_{\rm{s}}}({\textit{z}})}}{{{\rm{d}}({\textit{z}})}} = & - {\Gamma _{\rm{s}}}[{\sigma _{\text{α}} }({\lambda _{\rm{s}}}){N_{{\rm{Er}}}} - ({\sigma _{\text{α}} }({\lambda _{\rm{s}}}) + {\sigma _{\rm{e}}}({\lambda _{\rm{s}}})){N_{{\rm{Er}}{\text{*}}}}({\textit{z}})]{P_{\rm{s}}}({\textit{{\textit{z}}}})+ \\ & {\Gamma _{\rm{s}}}{\sigma _{\rm{e}}}({\lambda _{\rm{s}}}){N_{{\rm{Er}}}}({\textit{z}}){P_0}({\lambda _{\rm{s}}}) - {\delta _{\rm{s}}}({\textit{z}}){P_{\rm{s}}}({\textit{z}}) \\ \end{split} $$ (2)

    式中:δp为泵浦光散射损耗系数;δs为信号光散射损耗系数;NEr*(z)与NYb*(z)分别表示在z处Er3+、Yb3+的粒子数浓度;σep)与σes)分别表示泵浦光与信号光辐射过程中波长相关的截面面积;σα(λp)与σα(λs)分别表示泵浦光与信号光吸收过程中波长相关的截面面积。

    结合RFA功率耦合波方程组,忽略自发Raman散射过程与Rayleigh散射过程,将研究重心放在信号光与泵浦光以及它自身间的作用过程[15-16],将完整考虑了RFA内部各类物理效应的Raman耦合波微分方程[17-18]简化为如下形式:

    $$ \begin{split} \pm \frac{{\rm{d}}{P}_{j}}{{\rm{d}}{\textit{z}}}=&{\displaystyle \sum _{{v}_{{}_{i}} > {v}_{j}}\frac{{g}_{{\rm{R}}}({v}_{i}-{v}_{j})}{{K}_{{\rm{eff}}}{A}_{{\rm{eff}}}}}{P}_{i}{P}_{j}-{\displaystyle \sum _{{v}_{k} < {v}_{j}}\frac{{v}_{j}}{{v}_{k}}}\frac{{g}_{{\rm{R}}}\left({v}_{j}-{v}_{k}\right)}{{K}_{{\rm{eff}}}{A}_{{\rm{eff}}}}{P}_{i}{P}_{k}-{\alpha }_{j}{P}_{j}+{\gamma }_{j}{P}_{j}+2h{v}_{i}\cdot {\displaystyle \sum _{{v}_{{}_{i}} > {v}_{j}}\frac{{g}_{{\rm{R}}}\left({v}_{i}-{v}_{j}\right)}{{K}_{{\rm{eff}}}{A}_{{\rm{eff}}}}}{P}_{j}\cdot\\ & \left[1+\dfrac{1}{\mathrm{exp}\left(h\left({v}_{i}-{v}_{j}\right)/KT\right)-1}\right]\cdot \Delta v \;\;\;\;\;(j=1,2, \cdots N) \end{split} $$ (3)

    式中:PkPiPj分别表示第kij路信道中的光信号所对应的功率;vivj分别为信号光和泵浦光的初始输入频率;Δv为不同信道的频移差;α(vi)表示光信号频率在vi时所对应的光纤损耗系数;Keff为偏振相关因子;Aeff为光纤有效横截面积;γ(vi)为瑞利散射系数;gR(vi-vj)为ij两路信号光之间的拉曼增益系数;gR(vj-vk)为jk两路信号光之间的拉曼增益系数;kh分别表示波尔兹曼常量和普朗克常量;[exp(h(vi-vj)/KT)-1]−1为玻色-爱因斯坦因子;T为光纤绝对温度。

    上述理论模型以WDM系统为基础,EYDFA/RFA混合放大器的具体求解过程如下:将信号光光功率与EYDFA的泵浦光功率作为已知的初值代入EYDFA的传输方程中,构成已知初值的非线性微分方程组,使用四阶龙格-库塔进行求解,得到光信号通过EYDFA部分后的输出光功率。将所得的信号光输出光功率作为RFA的输入信号光功率,联合RFA的泵浦光功率构成第2个已知初值的非线性微分方程组,继续使用四阶龙格-库塔,所得结果即为混合放大器的输出光功率。

    本文采用级联结构的前向EYDFA/RFA混合放大器模型。

    图1为所设计的二阶EYDFA/RFA混合放大器的结构示意图。采用前向级联结构的EYDFA/RFA混合放大器基本结构[19],以81路信道间隔为1.125 nm的信号光组合注入混合放大器,EYDFA部分采用单泵浦输入,RFA部分使用二阶多泵浦模型。81路信号光先与EYDFA泵浦光耦合进入EYDFA放大,放大完成后经矩形滤波器与RFA的泵浦光共同耦合进入石英光纤中放大。光谱仪1、2可用于监测EYDFA放大前后的信号光谱,光谱仪3、4则可监测RFA放大前后的信号光谱。

    图  1  二阶EYDFA/RFA混合放大器结构图
    Figure  1.  Structure diagram of second-order EYDFA/RFA hybrid amplifier

    粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)起源于鸟群觅食过程中自发的群体搜索行为。PSO将个体鸟儿抽象成“粒子”,鸟群寻找的食物则是“目标最优解”,作为一种搜索目标范围内最优解的智能算法[20-23]。使用粒子群优化算法对二阶EYDFA/RFA混合放大器优化过程如下。

    1) 粒子群初始化,设置学习因子c1c2,随机数r1r2,使种群中的全部粒子得到初始位置xi与初始速度vi。为个体粒子最佳位置Pbest与粒子群最佳位置gbest设置初始值;

    $$ {X_i}{\text{ = (}}{{\text{x}}_{i1}},{{\text{x}}_{i2}},\cdots,{{\text{x}}_{iD}})(i = 1,2,\cdots,M) $$ (4)
    $$ {V_i}{\text{ = (}}{{\text{v}}_{i1}},{v_{i2}},\cdots,{v_{iD}})(i = 1,2,\cdots,M) $$ (5)
    $$ {P_{{\rm{best}}}}{\text{ = (}}{p_{i1}},{p_{i2}},\cdots,{p_{iD}})(i = 1,2,\cdots,M) $$ (6)
    $$ {g_{{\rm{best}}}}{\text{ = (}}{{\text{g}}_1},{g_2},\cdots,{g_D}) $$ (7)

    2) 计算当前模型下各粒子的适应度值fiti

    $$ fi{t_i} = \frac{{{G_{{\rm{on}} - {\rm{off}}}}}}{{\max ({G_{{\rm{on}} - {\rm{off}}}}) - \min ({G_{{\rm{on}} - {\rm{off}}}})}} $$ (8)

    3) 比较此次迭代过程中的粒子适应度值与已获得的个体粒子最佳位置Pbest,若当前适应度值优于已获得的个体极值,以此适应度值替换掉个体极值;若当前适应度值小于已获得的个体极值,个体极值维持原值;

    4) 比较此次迭代过程中的粒子适应度值与全局最佳位置gbest,若当前适应度值优于已有的全局极值,以此适应度值替换掉全局极值;若当前适应度值小于已有的全局极值,全局极值维持原值;

    5) 将步骤3、4中所得极值代入(9)式、(10)式,更新当前所得最优解:

    $$ \begin{split} {v}_{ij}(t+1)= & w \cdot {v}_{ij}(t)+{c}_{1}{r}_{1}(t)\left[{p}_{ij}(t)-{x}_{ij}(t)\right]+\\ &{c}_{2}{r}_{2}(t)\left[{p}_{gj}(t)-{x}_{ij}(t)\right] \end{split}$$ (9)
    $$ {x}_{ij}(t+1)={x}_{ij}(t)+{v}_{ij}(t\text{+1}) $$ (10)

    6) 限制粒子变化时的边界条件,令粒子群在正确的区域内完成迭代,当粒子位置或速度超出此时模型的范围时,将适应度归0;

    7) 对比此时结果是否满足终止条件,满足条件时,结束循环迭代过程输出所获最优解;无法满足条件时,返回步骤2重新进入循环,按照步骤继续依次向下进行迭代。

    在进行优化之前,需要对粒子群算法设置一些基本的优化参数,如表1所示。由于采用了5个泵浦,而每一个泵浦具备泵浦波长和泵浦功率2个因素,所以总共有5个泵浦波长和5个泵浦功率,故一个粒子的维度为10。

    表  1  粒子群算法参数
    Table  1.  Parameters of particle swarm algorithm
    参数取值
    迭代次数T1 000
    粒子总数M200
    空间维度D10
    惯性权重$w$1
    学习因子${c_1}$1
    学习因子${c_2}$1
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    表2为本次仿真的系统参数,分别确定了泵浦光和信号光的波长、功率的取值范围,以及光纤长度、光纤损耗系数等基本参数。基于表1表2所设置的基本参数,按照粒子群优化算法的流程进行优化。在优化过程中,每一次迭代的平均增益和适应度值都可得到,如果增益和增益平坦度满足循环终止条件,则结束算法,获得优化结果;否则,会对粒子的位置和速度进行更新,而更新后的值将会用于下一次的迭代过程。

    表  2  二阶EYDFA/RFA混合放大器仿真参数
    Table  2.  Simulation parameters of second-order EYDFA/RFA hybrid amplifier
    参数取值
    信号光波长范围/ nm1 53~1 620
    信号光间隔/nm1.125
    信号光初始光功率/mW0.01
    EYDF长度/m1
    EYDFA泵浦功率/mW600
    EYDFA泵浦波长/nm980
    $\rm E{r^{3 + } }$浓度/${m^{{{ - 3}}}}$51.4e+024
    $\rm Y{b^{ {\text{3 + } } } }$浓度/${m^{{{ - 3}}}}$620e+024
    EYDFA信号光损耗系数/(dB/m)0.10
    EYDFA泵浦光损耗系数/(dB/m)0.15
    RFA长度/km30
    RFA信号光损耗系数/(dB/km)0.19
    RFA泵浦光损耗系数/(dB/km)0.23
    一阶泵浦光波长范围/nm1 400~1 510
    一阶泵浦光功率范围/mW0~500
    二阶泵浦光波长范围/nm1 300~1 410
    二阶泵浦光功率范围/mW0~2 500
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    完成多组粒子群优化过程后,最终得到了一个拥有90 nm带宽、平均增益达到38.78 dB的宽带高增益混合放大器,并且其增益平坦度仅为1.1 dB,所对应的最优泵浦功率与波长的组合方式如表3所示。按照这种组合方式,得到了二阶EYDFA/RFA混合放大器增益谱,如图2所示。

    表  3  优化后的混合放大器泵浦配置方式
    Table  3.  Optimized pump configuration of hybrid amplifier
    参数${{\text{1}}^{{\text{st}}}}$一阶
    泵浦
    ${2^{{\rm{nd}}}}$一阶
    泵浦
    ${3^{{\rm{rd}}}}$一阶
    泵浦
    ${4^{{\rm{th}}}}$一阶
    泵浦
    二阶
    泵浦
    泵浦波长/ nm1 423.711 467.241 475.981 509.111 306.21
    泵浦功率/ mW122.710.2308.4452.92421
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    图  2  EYDFA/RFA混合放大器增益谱
    Figure  2.  Gain spectrum of EYDFA/RFA hybrid amplifier

    利用前向级联结构的EYDFA/RFA混合放大器基本结构,信号光与EYDFA泵浦光耦合进入EYDFA放大,放大完成后信号光与RFA的泵浦光共同耦合进入石英光纤中进行二次放大,得到了高增益、低平坦度的拉曼增益谱。由图2可以看出,在90 nm带宽内,最大增益为39.29 dB,最小增益为38.18 dB,增益曲线在38.78 dB上下波动,但波动幅度不超过1.1 dB,整体上非常稳定。

    为了分析5个泵浦光在传输过程中的相互作用,研究了泵浦功率随光纤长度的变化情况。从图3可以看出,RFA二阶泵浦光刚进入光纤初始端其功率值就开始急速直线下降,当减小到300 mW时开始缓慢变小,随后几乎为0。而其他4路一阶泵浦光则出现先增大后缓慢减小的趋势。这是因为RFA二阶泵浦光将能量传递给了4个一阶泵浦光,这4路泵浦光在传输过程中从二阶泵浦光处吸收能量,随后因光纤损耗和信号光对能量的吸收又逐渐减小。在整个传输过程中,4个泵浦光互相传递能量,将二阶泵浦光的作用充分展现,是较优的泵浦光配置。

    图3可知,RFA二阶泵浦光波长为1306.21 nm,初始功率为2421 mW,为整个RFA结构提供能量,所以其对EYDFA/RFA混合放大器的影响也很大。运用控制变量法,即保持系统其他参数不变,不断改变RFA二阶泵浦光功率值的大小,如图4所示。当RFA二阶泵浦光功率值从0开始逐渐增大时,混合放大器的平均增益也在不断增大,当增大到2.4 W左右时到达峰值,此后随功率值的增大而开始减小,这是因为泵浦功率为2.4 W时,系统增益达到了饱和,而后当再增加泵浦功率时增益便不再增加,因此应该合理设置泵浦功率值,使混合放大器的性能达到最优。

    图  3  RFA泵浦光功率沿光纤长度的变化
    Figure  3.  Variation of RFA pump power along fiber length
    图  4  RFA二阶泵浦功率对混合放大器平均增益的影响
    Figure  4.  Effect of RFA second-order pump power on average gain of hybrid amplifier

    图5(a)为ASE噪声和双瑞利散射(DRBS)噪声的信道SNR随光纤长度的变化情况。从图中我们可以看出,光纤输入端系统ASE噪声和DRBS噪声的信噪比分别为46 dB、38 dB,SNR随光纤长度的增加不断减小,其中ASE噪声的信噪比减小比较缓慢,在10 km之后信噪比大致稳定在32 dB,而DRBS噪声的信噪比在0~30 km之间一直在减小。在图5(b)中,输入端系统ASE噪声和DRBS噪声的噪声系数为1 dB,随着光纤长度的增加,ASE噪声和DRBS噪声的噪声系数都成增长趋势。ASE噪声系数在5 km之后停止增长,并保持不变,而DRBS噪声系数随着光纤长度增大而不断增大。结合图5(a)、5(b)我们可知,在输入端时ASE噪声和DRBS噪声较小,噪声性能良好,但随着光纤长度的增加,信噪比快速下降、噪声系数快速增加,严重影响了系统的性能。DRBS噪声与ASE噪声相比,信噪比下降更快,噪声系数增加更为明显,因此,DRBS噪声对系统影响更大,在优化设计放大器时应考虑噪声对RFA性能的影响。

    图  5  EYDFA/RFA混合放大器各信道SNR及增益NF随光纤长度的变化
    Figure  5.  Variation of SNR and NF of each channel of EYDFA/RFA hybrid amplifier with fiber length

    根据以上仿真结果,说明了在1530 nm~1620 nm的放大带宽内,当放大器的系统增益达到饱和之后,即使再增加泵浦功率,增益也不再增加。同时,由于噪声的存在使得对系统产生较大影响,因此,在优化设计放大器时应使用优化算法合理设置泵浦功率值,找到达到饱和增益时的最大泵浦功率,使混合放大器的性能达到最优,并考虑噪声对RFA性能的影响。

    建立了二阶多泵浦分布式EYDFA/RFA模型,为了优化二阶EYDFA/RFA混合放大器的增益以及平坦度,设计了二阶混合放大器粒子群优化算法流程,并制定了相应的适应度函数,经过粒子群优化过程后,得到了一个带宽90 nm、增益38.78 dB的宽带高增益混合放大器,增益平坦度仅为1.1 dB,工作区间覆盖C+L波段。同时也分析了二阶泵浦对其增益的影响,以及当光纤长度增加时系统ASE和DRBS噪声的变化情况,为混合放大器的设计和优化提供了参考。随着机载、车载以及舰载的各类光电成像系统的广泛应用,该装置可以提高系统检测效率,为光电成像系统设计、装配和性能提升提供计量保障,具有广泛的使用价值。

  • 图  1   高分一号卫星在轨图像

    Figure  1.   Satellite on-orbit image

    图  2   反射镜调整坐标系

    Figure  2.   Speculum adjustment coordinate system

    图  3   光学系统装调测试光路

    Figure  3.   Optical system alignment testing optical path

    图  4   模拟CCD器件

    Figure  4.   Simulation of CCD devices

    图  5   光学系统各视场干涉图

    Figure  5.   Interferogram of each field of view in optical system

    表  1   次镜灵敏度矩阵

    Table  1   Secondary mirror sensitivity matrix

    视场$ {H}_{s} $=0.05 mm$ {D}_{sx} $=0.05 mm${D}_{s{\textit{z}}}$=0.05 mm$ {R}_{sx} $=5″${R}_{s{\textit{z}}}$=5″
    中心场 ${Z} _{5}$ −0.011 4 0 0.0233 −0.008 9 0
    ${Z} _{6}$ 0 −0.023 2 0 0 −0.008 9
    ${Z} _{7}$ 0 −0.313 1 0 0 −0.019 9
    ${Z} _{8}$ 0.009 3 0 −0.312 9 0.019 9 0
    ${Z} _{9}$ 0.03 0 −0.000 2 0 0
    +1视场 ${Z} _{5}$ 0.119 5 0.080 7 0.023 6 −0.008 9 0.029 1
    ${Z} _{6}$ −0.076 −0.026 3 0.078 5 −0.028 9 −0.009 3
    ${Z} _{7}$ −0.033 3 −0.310 7 −0.000 3 0.000 1 −0.019 8
    ${Z} _{8}$ 0.010 4 −0.000 4 −0.311 8 0.02 0
    ${Z} _{9}$ 0.03 0.000 5 0 0 0
    −1视场 ${Z} _{5}$ 0.109 7 −0.080 7 0.023 6 −0.008 9 −0.029 1
    ${Z} _{6}$ 0.076 −0.026 2 −0.078 5 0.028 9 −0.009 2
    ${Z} _{7}$ 0.033 3 −0.310 7 0.000 3 −0.000 1 −0.019 9
    ${Z} _{8}$ 0.010 4 0.000 4 −0.311 8 0.02 0
    ${Z} _{9}$ 0.03 −0.000 5 0 0 0
    下载: 导出CSV

    表  2   三镜灵敏度矩阵

    Table  2   Three-mirror sensitivity matrix

    视场$ {H}_{t} $=0.05 mm$ {D}_{tx} $=0.05 mm${D}_{t{\textit{z}}}$=0.05 mm$ {R}_{tx} $=5″${R}_{t{\textit{z}}}$=5″
    中心场 ${Z} _{5}$ 0.004 7 −0.000 4 −0.000 5 0.002 6 −0.008 5
    ${Z} _{6}$ −0.003 2 −0.000 9 0 0.008 4 0.002 7
    ${Z} _{7}$ −0.004 4 0 −0.008 5 0.000 1 −0.000 6
    ${Z} _{8}$ 0.001 4 −0.008 9 −0.000 1 0.000 7 0
    ${Z} _{9}$ 0.000 3 0.000 1 −0 0 0
    +1视场 $ {\mathrm{Z}}_{5} $ −0.000 5 −0.000 3 0 0.002 5 0
    ${Z} _{6}$ 0 0 0.000 3 0 0.002 6
    ${Z} _{7}$ 0 0 −0.008 7 0 −0.000 7
    ${Z} _{8}$ 0.001 4 −0.008 6 0 0.000 7 0
    ${Z} _{9}$ 0.000 3 0 0 0 0
    −1视场 ${Z} _{5}$ 0.004 7 −0.000 4 0.000 6 0.002 6 0.008 5
    ${Z} _{6}$ 0.003 2 0.000 9 0 −0.008 4 0.002 7
    ${Z} _{7}$ 0.004 4 0 −0.008 6 −0.000 1 −0.000 7
    ${Z} _{8}$ 0.001 4 −0.008 9 0 0.000 7 0
    ${Z} _{9}$ 0.000 3 0.000 1 0.000 1 0 0
    下载: 导出CSV

    表  3   Zernike多项式

    Table  3   Zernike polynomials

    极坐标像差
    ${Z} _{5}$${\rho }^{2}\mathit{\rm{cos}}2\phi$Astigmatism $ {0}^\circ $ or $ 90^\circ $
    ${Z} _{6}$${\rho }^{2}\mathit{\rm{sin} }2\phi$Astigmatism $ {45}^\circ $
    ${Z} _{7}$$\left(3{\rho }^{2}-2\right)\rho \mathit{\rm{cos}}\phi$Coma X
    ${Z} _{8}$$\left(3{\rho }^{2}-2\right)\mathit{\rho \rm{sin}}\phi$Coma Y
    ${Z} _{9}$$ 6{\rho }^{4}-6{\rho }^{2}+1 $Primary spherical
    下载: 导出CSV

    表  4   装调结果

    Table  4   Alignment results

    视场${Z}_{5}(\rm{\lambda })$${Z}_{6}(\rm{\lambda })$${Z}_{7}(\rm{\lambda })$${Z}_{8}(\rm{\lambda })$${Z}_{9}(\rm{\lambda })$RMS$(\rm{\lambda })$
    0视场 −0.050 0.043 0.020 0.048 0.006 0.055
    +1视场 −0.016 0.048 0.050 0.043 −0.009 0.056
    −1视场 −0.009 −0.050 −0.047 0.034 0.013 0.056
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘波, 丁亚林, 贾继强, 等. R-C光学系统的计算机辅助装调[J]. 红外与激光工程,2016,45(3):0318001-1-6.

    LIU Bo, DING Yalin, JIA Jiqiang, et al. Computer aided alignment of R-C optical system[J]. Infrared and Laser Engineering,2016,45(3):0318001-1-6.

    [2] 张向明, 姜峰, 孔龙阳, 等. 卡塞格林系统光学装调技术研究[J]. 应用光学,2015,36(4):526-530. doi: 10.5768/JAO201536.0401006

    ZHANG Xiangming, JIANG Feng, KONG Longyang, et a1. Research on optical alignment technology for Cassegrain system[J]. Journal of Applied Optics,2015,36(4):526-530. doi: 10.5768/JAO201536.0401006

    [3] 栗孟娟, 廖志波, 王春雨. 小口径高精度折射式光学系统装调公差的分析与控制[J]. 应用光学,2015,36(2):277-281.

    LI Mengjuan, LIAO Zhibo, WANG Chunyu. Analysis and control on assemblage tolerance in small-aperture high-precision refraction optical system[J]. Optics and Precision Engineering,2015,36(2):277-281.

    [4] 李小燕, 付兴, 王鹏, 等. 非球面光学反射镜的装调方法[J]. 应用光学,2013,34(3):498-502.

    LI Xiaoyan, FU Xing, WANG Peng, et a1. Alignment method of aspheric optical reflector[J]. Journal of Applied Optics,2013,34(3):498-502.

    [5] 金伟其, 王霞, 张其扬, 等. 多光轴一致性检测技术进展及其分析[J]. 红外与激光工程,2010,39(3):526-531. doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2010.03.031

    JIN Weiqi, WANG Xia, ZHANG Qiyang, et a1. Technical progress and its analysis in detecting of multi-axes parallelism[J]. Infrared and Laser Engineering,2010,39(3):526-531. doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2010.03.031

    [6] 潘君骅. 光学非球面的设计、加工与检测[M]. 苏州: 苏州大学出版社, 2004.

    PAN Junhua. The design manufacture and test of the aspherical optical surface[M]. Suzhou: Suzhou University Press, 2004.

    [7] 安连生. 应用光学[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2003: 166-169.

    AN Liansheng. Applied optics[M]. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 2003: 166-169.

    [8] 李斌, 陈佳夷, 王海超, 等. 椭球面反射镜的光轴引出方法[J]. 应用光学,2018,39(6):791-795.

    LI Bin, CHEN Jiayi, WANG Haichao, et al. Optical axis elicitation method for ellipsoidal mirror[J]. Journal of Applied Optics,2018,39(6):791-795.

    [9] 宋俊儒, 邢辉, 穆生博, 等. 航空红外相机的装调[J]. 光学精密工程,2015,23(8):2125-2133. doi: 10.3788/OPE.20152308.2125

    SONG Junru, XING Hui, MU Shengbo, et al. Alignment of aerial multi-angle infrared camera[J]. Optics and Precision Engineering,2015,23(8):2125-2133. doi: 10.3788/OPE.20152308.2125

    [10] 岳丽清, 张继友. 三线阵相机视轴夹角及线阵平行性装调测试[J]. 航天返回与遥感,2012,33(3):35-40. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2012.03.007

    YUE Liqing, ZHANG Jiyou. Alignment method of axis angle and linear array parallelism for three-line array mapping camera[J]. Spacecraft Recovery and Remote Sensing,2012,33(3):35-40. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2012.03.007

    [11] 李旭阳, 李英才, 马臻. 折轴三反射光学系统的计算机辅助装调技术[J]. 应用光学,2009,30(6):901-906.

    LI Xuyang, LI Yingcai, MA Zhen. Computer-aided alignment method of coaxial three-mirror-anastigamat system[J]. Journal of Applied Optics,2009,30(6):901-906.

    [12] 史广维, 张新, 张鹰, 等. 基于矢量波像差理论的两反光学系统装调研究[J]. 应用光学,2011,32(3):540-544.

    SHI Guangwei, ZHANG Xin, ZHANG Ying, et a1. Alignment of two-mirror optical system based on vector wavefront aberration[J]. Journal of Applied Optics,2011,32(3):540-544.

    [13] 巩盾, 田铁印, 王红. 利用Zernike系数对离轴三反射系统进行计算机辅助装调[J]. 光学精密工程,2010,18(8):1754-1759.

    GONG Dun, TIAN Tieyin, WANG Hong. Computer-aided alignment of off-axis three-mirror system by Zernike coefficients[J]. Optic and Precision Engineering,2010,18(8):1754-1759.

    [14] 张健, 张玲花, 刘立国, 等. 全景式航空遥感器TDICCD精密装调必要性分析及实现方法[J]. 中国光学,2014,7(6):996-1002.

    ZHANG Jian, ZHANG Linghua, LIU Liguo, et a1. Necessity and implement method of precise assembling of TDI CCD in sweep aerial remote sensor[J]. Chinese Optics,2014,7(6):996-1002.

    [15] 刘磊, 李景林, 吕清涛. 大口径反射光学系统装调装置设计研究[J]. 光学精密工程,2005,13(z1):134-137. doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2005.z1.027

    LIU Lei, LI Jinglin, LYU Qingtao. Research on adjusting device of large aperture reflective optics system[J]. Optics and Precision Engineering,2005,13(z1):134-137. doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2005.z1.027

  • 期刊类型引用(3)

    1. 贠平平,侯利冰,卜忠红,宋慧娟,李超. 大气湍流对机载电视成像系统作用距离的影响. 激光与红外. 2025(01): 91-96 . 百度学术
    2. 宋胜男,罗荣,白高颐,杨星,陈卓. 面向强干扰对抗的无人艇智能识别算法鲁棒性测试评估方法. 智能安全. 2024(04): 49-57 . 百度学术
    3. 吴雄雄,栾亚东,王惠林,郑凤翥,王明超,马莉,吴珧瑞. 航空光电成像系统像移补偿技术研究. 应用光学. 2022(03): 424-429 . 本站查看

    其他类型引用(5)

图(5)  /  表(4)
计量
  • 文章访问数:  1669
  • HTML全文浏览量:  617
  • PDF下载量:  58
  • 被引次数: 8
出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-16
  • 修回日期:  2020-04-19
  • 网络出版日期:  2020-09-07
  • 刊出日期:  2020-09-14

目录

/

返回文章
返回