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2006年  第27卷  第2期

综述
移相干涉测量术及其应用
朱日宏, 陈磊, 王青, 高志山, 何勇
2006, 27(2): 85-88.
摘要:
为了对移相式数字干涉仪在光学元件测量中的应用有全面了解,介绍了移相干涉术的基本原理。结合激光数字波面干涉仪,阐述移相干涉术的四步重叠平均算法、压电晶体移相器(PZT)的结构、3 PZT的组合方法、移相器的标定误差和非线性误差的校正方法、波面相位解包的自适应种子算法、波面相位的评价指标等内容。结合移相数字波面干涉仪,叙述了移相干涉测量技术在普通光学元件、红外光学元件、大口径光学元件、非球面光学元件等测量中的应用并指出了应用过程中的注意事项。最后明确指出光干涉技术正沿着高相位分辨率、高空间分辨率、宽波段和瞬态高速测量的方向发展,并将会在瞬态波前测量、微机械的微结构动态分析等方面有着越来越广泛的应用。
系统工程
计算机模拟双层矩形位相光栅的实时变分束特征
李幼平, 陆登波
2006, 27(2): 89-91.
摘要:
双层矩形光栅随入射角的不同可得到不同数目的光束。基于这一现象,通过改变双层光栅的入射角,并对其进行优化就可得到效率高且光强分布均匀的光束。对利用双层矩形相位光栅实时变分束特征制作新型分束器的方法进行了理论探讨,并对2束、3束、4束光分束分别进行了分析。通过计算机模拟,从理论上求出了优化参数,并对结果进行了讨论。理论分析表明, 通过对入射角进行优化可以得到衍射效率高且光强分布均匀的分束器。该研究为制作方便实用、造价低廉的分束器提供了理论基础。
光互联网的抗毁性设计研究
王建忠, 张萍, 马洪江, 刘永智
2006, 27(2): 92-95.
摘要:
由于互联网层叠模型中多层都存在重复的保护与恢复机制,致使互联网的实现极其复杂,造成网络传输效率较低,而且拥塞。随着密集波分复用(DWDM)的广泛使用和网络底层性能的大幅度提高,已经不需要再对网络中多层进行重复保护与恢复。在此基础上,采用了未来光互联网3层 (应用层、IP层和光互联层) 协议模型,并对其中的光互联层的保护进行了深入的研究,提出了部分共享备用路径保护(P-SPP)方法。此模型能充分利用IP层电子的灵活恢复机制与光互联层的快速保护与恢复机制,提高光互联网的传输性能,以适应目前高速发展的互联网对传输带宽的要求。
全息术及其应用
杨桂娟, 梅妍, 白亚乡
2006, 27(2): 96-100.
摘要:
全息术是一种用相干光干涉得到物体全部信息的2步成像技术。全息术的发展大约可分同轴全息术、离轴全息术、白光再现全息术、白光全息术等4个阶段。全息术具有三维、不可撕毁、再现像的缩放、信息容量大等特点。全息术是一门正在蓬勃发展的光学分支,近年来已渗透到社会生活的各个领域并被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中,特别是在现代测试、生物工程、医学、艺术、商业、保安及现代存储技术等方面已显示出特殊的优势。随着全息技术的快速发展,全息技术的产品正越来越多地走向市场、应用于现代生活中。
单兵光电技术发展
刘宇
2006, 27(2): 101-104.
摘要:
描述了信息化时代单兵综合作战装备的发展。提出通过增强士兵对战场信息(包括对敌方、我方信息)的了解可有效地提高士兵生存和打击能力。重点研究了系统各种功能模块之间有效匹配的方法,用以减少装备体积和重量,提高实用性。分析了信息化发展环境下武器平台概念的变化——“单兵”成为重要的作战平台。围绕信息节点的作用,重点阐述相关信息获取、传送、处理、控制、显示和对抗等技术的发展水平。揭示了目前单兵光电技术可发展的空间,主要包括单兵信息化平台建设,光电系统的轻量化、精度改善、反应时间的缩短、信息武器发展以及新环境下轻武器训练设施的建设等,提出了近期单兵光电技术相关发展重点。
光学设计
CCD摄像机大视场光学镜头的设计
李东源, 张晓光, 闫秀生, 侯蓝田, 周桂耀, 郑荣山
2006, 27(2): 105-107.
摘要:
为提高CCD摄像机的成像质量,同时使镜头结构紧凑、小型化,在大视场光学镜头的设计中,引入标准二次曲面和偶次非球面。根据初级像差理论,分析了非球面的位置、初始结构参数的求解规律。通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化,给出工作波长为0.4~0.7μm、全视场角为80°,相对孔径为1∶1.5的镜头设计实例。该镜头由7块镜片组成,包括一个标准二次曲面和两个8次方非球面;在40lp/mm空间频率处的MTF值超过0.85,全视场畸变小于3%,像质优良
光学薄膜残余应力分配预测模型计算方法研究
张耀平, 许鸿, 凌宁, 张云洞
2006, 27(2): 108-111.
摘要:
残余应力是光学薄膜研究的一个重要组成部分,它对光学元器件有很大的影响。根据弹性力学原理,基于应变不匹配,提出了一种可以预测薄膜残余应力分配的理论模型计算方法,并将计算结果与干涉仪测量值进行了对比。利用所建立的模型分析了薄膜参数变化时基底残余应力的变化情况。结果表明:所建模型合理;随着镀膜温度的增加,基底总残余应力随镀膜温度升高而呈增大的趋势;本征应力变化不太大;随着基底厚度的减小,基底上下表面应力呈增大的趋势,而薄膜应力则呈减小趋势,但变化趋势很小。基底的中心轴约位于基底上表面以下2/3处。
光学合成孔径成像系统子孔径像差研究
陈旗海, 王治乐, 张伟
2006, 27(2): 112-115.
摘要:
根据波像差理论,推导了光学合成孔径成像系统单个子孔径存在各种像差时波面方差与子孔径数(N)的关系。推导结果表明,piston误差对系统的影响最大,其次是离焦误差、倾斜误差、球差、彗差和像散。运用离焦误差对piston误差、球差和像散进行像差平衡,其效果显著,特别是球差引起的波面方差下降90%。系统各项像差系数随子孔径数的增加而降低;当子孔径数大于6时,各像差系数变化缓慢。根据瑞利判据,计算N(N≤6)个子孔径合成系统的像差允限和相应的3孔径系统的斯特列尔比。
冰洲石-玻璃组合e光超高透偏光棱镜
吴福全, 任树锋, 唐恒敬, 赵培
2006, 27(2): 116-119.
摘要:
为了既节省稀有昂贵的冰洲石晶体材料,又尽量提高偏光棱镜的透射比,设计了一种冰洲石晶体与光学玻璃组合的方法。叙述以布儒斯特角入射来提高偏光棱镜e光透射比的设计方案。该棱镜可用甘油或有机硅胶将FK2玻璃与冰洲石晶体胶合而成。理论分析和实验测试表明,该棱镜的透射比高于96%,消光比优于10-5,在一定情况下可以取代纯冰洲石晶体材料的偏光棱镜。
利用CODE V设计含有自由曲面的光学系统
何玉兰, 刘钧, 焦明印, 罗传伟
2006, 27(2): 120-123.
摘要:
由于自由曲面灵活的空间布局和设计自由度,使光学系统的结构得到了简化,像质得到了提高。本文通过设计实例详细介绍了在光学设计软件CODE V中运用用户自定义面型UDS(user defined surface)的功能和计算机动态链接库DLL(dynamic link library)软件技术设计含有自由曲面光学系统的方法。通过利用此方法设计了球面和锥面光学系统,验证了其准确性和可靠性。并且利用此项技术设计了含有自由曲面的光学系统,使光学系统达到了质量轻、体积小的设计目标。此项技术扩充了CODE V软件的功能,有效地拓宽了CODE V计算复杂面型的能力。
用2种光学设计软件对像差特性进行的研究
王学新, 杨照金, 武波, 李华杰
2006, 27(2): 124-128.
摘要:
目前用于光学设计的计算机辅助设计有许多种,但它们在像差特性参数的形式和表示方法上不尽相同,特别是国内外软件的这种差别更为明显,例如:ZEMAX将球差表示为“Longitudinal aberration”(纵向像差),其表示形式也与国内软件不同。另外,有些像差参数需要转换。采用美国焦点软件公司开发的光学设计软件ZEMAX和国内北京理工大学编写的DOS版CAOD对同一双胶合透镜进行光路计算,同时对其轴上球差、彗差、场曲和畸变等主要几何像差在2个软件之间的差别进行比较,以建立国内软件与国外软件在进行光学镜头设计时的光学像差特性参数的转换关系,并为光学设计者提供设计一种镜头或光学系统时使用不同的软件进行数据核查和复算的方法。
光纤技术
聚合物电光调制器中M-Z波导TM模分析
廖进昆, 刘永智, 廖翊韬, 甘小勇, 陆荣国
2006, 27(2): 129-132.
摘要:
M-Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布,将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发,结合透明边界条件,采用Crank-Nicholson差分格式,得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对MZ型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析,系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明,有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形MZ波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点,为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。
对称结构光纤光栅耦合器及其应用
苏鹏, 杨华勇, 李智忠, 胡永明
2006, 27(2): 133-136.
摘要:
光纤光栅耦合器(FGC)具有光纤光栅良好的波长选择特性和光纤耦合器的多端口特点,易于实现全光纤的光波分插复用。光纤光栅耦合器主要有4种结构:基于MZ干涉仪的分离型、基于100%耦合器的非对称型、基于0耦合器的非对称型和基于100%耦合器的对称型。着重介绍对称结构光纤光栅耦合器的结构、工作原理和研究现状。提出了测试方案,并探讨了这种器件在大规模波分复用光纤传感器阵列中的应用。
保偏光纤光栅温度传感性能的实验研究
梅加纯, 范典, 姜德生
2006, 27(2): 137-139.
摘要:
在经过氢敏化处理的保偏光纤上制作了中心波长在1300 nm窗口的光纤布拉格光栅,并对这种保偏光纤布拉格光栅的温度传感特性进行了实验研究与理论分析。结果表明这种光栅可以用作温度传感器,对温度进行测量。和普通的标准单模光纤布拉格光栅一样,它对温度的响应具有很好的线性关系。本实验结果还可以作为对保偏光纤光栅传感特性进一步深入研究的参考。
基于相移光纤光栅的布拉格波长解调原理的分析
毕卫红, 吴国庆
2006, 27(2): 140-143.
摘要:
提出了一种基于相移光纤光栅(phaseshifted fiber grating)的布拉格波长解调技术,相移光纤光栅在反射谱阻带中能打开线宽极窄的一个或多个通透窗口,而且窗口位置随所加相移量的大小呈线性变化。实验中应用电流调谐相移量以实现布拉格波长的解调。选用最大波长偏移量为2nm的相移光纤光栅进行调谐滤波,温度的测量范围可达到200℃,应变的测量范围可达到2000μs。实验表明利用相移光纤光栅进行布拉格波长解调,取得了预期的效果,为布拉格波长解调技术提出了新的思路。
光纤陀螺寻北仪控制系统的设计和实现
周国良, 梁庆仟, 黄晓峰, 张建峰, 扈宇姝
2006, 27(2): 144-146.
摘要:
陀螺寻北系统在军事和民用领域具有极广阔的应用。该文介绍了一种使用光纤陀螺实现自寻北系统的实现方法。系统采用DSP和计算机相结合的方法,其中用DSP进行数据采集及系统控制,DSP和计算机以RS232串口方式进行通信,用计算机实现数字滤波、数据解算和实时状态显示,完成寻北。寻北结束给出初始方位角,并用激光光斑指示北向。已完成的系统根据采用陀螺精度不同,达到3~10mrad寻北精度,可以满足相应寻北精度要求的军事和民用目的。
激光技术
用激光感生击穿光谱对大气进行定量分析
余亮英, 陆继东, 陈文*, 黄来, 李捷, 谢承利
2006, 27(2): 147-151.
摘要:
研究将激光感生击穿光谱技术用于元素定量分析的可行性。利用Nd∶YAG激光器发出的激光与一个大气压下的空气相互作用产生激光等离子体,等离子体的光经单色仪分光后转化为电信号进入计算机,存储了600~800nm的等离子体光谱数据。利用自由定标模型对等离子体进行了分析。在延迟时间8μs、采样门宽0.4μs时,利用二维波尔兹曼平面得到了大气等离子体处于局部热平衡时的温度(1.62×10K)。在假设空气全部由N和O组成的条件下由自由定标模型得到了空气中氧的含量(20.75%)和氮的含量(79.25%)。试验结果与实际吻合得很好。实验证实了用激光感生击穿光谱对大气进行定量分析是可行的,为大气污染监测研究和试验工作奠定了基础。
空间激光通信及其关键技术
李睿, 赵洪利, 曾德贤*
2006, 27(2): 152-154.
摘要:
通信领域中激光通信技术由于自身的优越性得到了广泛的应用。通过将空间激光通信与微波通信比较,介绍空间激光通信的优点:大容量、低功耗及体积小、质量轻等。叙述空间激光通信的基本原理。重点阐述空间激光通信系统大功率光源技术、高灵敏度抗干扰光信号接收技术、通信链路的快速及精确的捕获、跟踪和瞄准技术等关键技术。激光通信可广泛应用于军事、经济等各个领域,必将有广阔的发展前景。
计量测试
狭缝宽度与取样间隔对镶嵌铜多孔铝膜透射光谱的影响
唐恒敬, 吴福全, 郝殿中, 魏玉花, 李清山
2006, 27(2): 155-162.
摘要:
用阳极氧化的方法制备了阳极氧化铝膜,向其孔中镀入了铜,制备了镶嵌铜多孔铝膜。为了研究狭缝宽度与取样间隔对其透射光谱的影响,利用岛津UV-3101型分光光度计,测得了相同取样间隔不同狭缝宽度和相同狭缝宽度不同取样间隔情况下镶嵌铜多孔铝膜的透射光谱,并分析了狭缝宽度和取样间隔对透射曲线的影响,得到了测试镶嵌铜多孔铝膜所需合适的狭缝宽度和取样间隔。测试结果表明:对镶嵌铜多孔铝膜而言,在可见光波段选择3nm的狭缝宽度和0.5nm或1nm的取样间隔为宜;在近红外波段选择5nm或8nm的狭缝宽度和2 nm的取样间隔为宜。
基于荧光技术的啶虫咪农药检测仪的研究
王玉田, 李艳春, 崔立超
2006, 27(2): 159-162.
摘要:
设计了一套基于线阵CCD光电转换原理的荧光检测系统。利用该系统实现了对啶虫咪农药荧光光谱特性的检测。用CCD检测仪取代了常用的光电转换器件——光电倍增管,通过与光栅结合实现了光谱的快速分析。根据噪声和信号在小波变换下表现出的截然不同的性质,提出基于小波变换技术的荧光信号特征提取及消噪方法。结果表明,采用小波去噪能更好地保留荧光光谱峰值处的信息,可以大大提高系统的检测精度。
一种自聚焦透镜的成像解
张思团, 叶虎年
2006, 27(2): 163-166.
摘要:
自聚焦锥透镜与圆柱透镜相比较,有其特殊之处。柱透镜在近轴平行光入射时,光线的振幅、相位、周期保持不变,而锥透镜的三者均发生变化,而且求解锥透镜的光线方程也比圆柱透镜复杂得多。本文推导了一个锥透镜的光线方程。可据此设计经过锥透镜后的光源大小,这在微系统照明中非常有用。
基于MTF的时间延迟积分CCD成像系统同步误差分析
张林, 吴晓琴, 汤宫民
2006, 27(2): 167-170.
摘要:
通过像移调制传递函数MTF分析了TDICCD行扫速率与运动像不同步时对相机成像质量的影响。为验证速度失配对TDICCD相机成像质量的影响,针对应用环境,利用高对比度靶标对TDICCD动态成像进行了仿真实验和动态测试,结果表明,在奈奎斯特频率范围内,只要将相机动态成像系统的同步误差控制在±2%的范围内,并使图像时钟处于连续多相的工作方式,就可以基本上消除同步误差对成像质量的影响。