柱面菲涅耳太阳聚光透镜的光学设计和光学效率

研究了柱面线聚焦菲涅耳太阳聚光透镜的光学设计和光学效率。依据理论分析，对透镜参数进行了优化设计，成功地研制出了柱面线聚焦菲涅耳聚光透镜。还分析了透镜相对孔径（F数）和成型模具等因素对透镜光学效率的影响。     

基于菲涅耳变换的不变矩提取及目标识别方法

提出了一种基于菲涅耳变换的不变矩特征提取方法,并应用于图像目标识别.利用菲涅耳变换得到图像的衍射图样,将图像映射到菲涅耳衍射空间;在衍射空间提取几何矩或正交矩来获取图像全局信息的特征描述;利用k近邻法识别目标.实验结果表明基于菲涅耳变换的不变矩提取方法对于平移、尺度及旋转变化的图像目标具有更高的分类精度和抗噪声能力.     

穿过大气透镜的UFO现象

寻找和证实ＵＦＯ究竟是什么 ,无疑是研究中最有吸引力的事情 ,长期以来 ,科学家和研究者提出了种种假说 ,这里不妨试用大气透镜的原理来解释ＵＦＯ现象（本文所说的ＵＦＯ现象指纯粹意义上的不明飞行物 ,是排除飞机尾气、流星、球状闪电、探测气球等物 ,指无声息快速飞行的不明飞行物）。大气能够透光和折射光线 ,这是一个公理。假定在离地表４２ ３３千米处有一大气团 ,其中间稍厚 ,这不就是一块大气透镜了吗？根据光学原理 ,当光线经过大气透镜时 ,光线由于大气透镜作用要会聚于一点 ,这个点在光学上称为焦点 ,焦点横向移动经过的面积为…     

聚焦透镜天线焦斑宽度估算

根据惠更斯-菲涅耳原理,通过简单的推导,得出聚焦透镜天线焦平面上焦斑宽度的近似计算公式,并讨论了与焦平面平行的平面上的焦斑场.为证明该方法的计算精度及效率,设计了一个Ka波段聚焦透镜天线,并加工了两个天线样品进行比较.对两天线进行了平面近场扫描测试,采用近似公式计算得到的Ka波段聚焦透镜天线半功率点宽度与实验数据接近,表明文中给出的公式有一定工程参考作用.      

轻量化红外成像制导镜头设计与仿真

根据红外成像制导系统的轻量化、小型化、低成本发展需求,针对制导系统中的光学镜头进行轻量化设计。通过分析超透镜的波前调控原理和加工工艺,利用传输相位调控原理设计了基于硅和氟化钡材料的中红外波长超透镜,工作波长3 μm,镜头厚度小于1 mm,口径50 mm时重量小于10 g,热膨胀系数较低环境适应性好。利用时域有限差分法对超透镜进行了仿真,通过设置对称边界条件缩短了仿真时间。仿真结果表明,当超透镜数值孔径为0.45时,聚焦效率为85%,焦斑半高宽3.4 μm。     

一种新颖的微型化收发一体模块

光纤陀螺精度受温度、振动的影响较大.在分析了输入通道混偏型方案和全保偏型方案的局限性基础上,设计了一种微型化收发一体模块,将超辐射发光二极管光源、半透半反玻片、准直透镜、自聚焦透镜、PIN探测器和场效应晶体管电路集成在一起,采用系统内集成封装技术,封装内部抽真空.光在真空传播不产生双折射,因此避免了温度变化、振动等原因对系统精度和可靠性的影响,从而提高了光纤陀螺的整体性能.用光束扫描仪对Superlum公司生产的SLD-57-HP型光源建模,根据高斯光束的特性设计了光学系统,分析了菲涅尔反射损耗对其的影响,并用Zemax软件进行了仿真,其耦合效率为38.98%,远优于目前20%左右的耦合效率.     

正交线偏振光成像制导镜头的设计与仿真

根据成像制导系统提高恶劣环境成像能力和识别真假目标能力的发展需求,研究设计正交线偏振光成像制导超透镜镜头。通过分析超透镜的偏振和相位调控原理,基于传输相位和矩形结构通过最小标准差匹配法设计了基于硅和氟化钡材料的中红外正交线偏振光成像超透镜,工作波长为3 μm。利用时域有限差分法对正交线偏振光超透镜进行了仿真,验证偏振成像效果和计算偏振对比度。仿真结果表明,当超透镜数值孔径为0.21时,正交线偏振光聚焦效率分别为80.5%和80.8%,最大偏振对比度为13dB。     

光纤陀螺用光收发组件的SLD准直系统设计

在光纤陀螺向高精度和小型化的方向发展的背景下,针对光纤陀螺用光收发组件对器件小型化、易集成的特殊要求和超辐射发光二极管SLD(Super-Luminescent Diode)出射光束的特点,提出利用双焦距双柱透镜准直整形系统对SLD光束进行准直、整形.根据椭圆高斯光束的特性,利用几何光学法和矩阵光学法,分别对该双柱透镜的重要结构参数(曲率、柱透镜厚度)进行了详细的计算及分析,并且利用矩阵光学法得出系统的光线传输矩阵,对该双柱透镜的结构参数进行优化设计.利用CODEⅤ光学仿真软件对优化后的系统进行仿真,得出准直整形后光束在xOz平面和yOz平面内的发散角仿真值均低于0.05 mrad,且光斑为圆形.     

基于电润湿液体透镜的显微成像技术

电润湿液体透镜因其焦距可调、响应速度快、操作方便和功耗低等特点越来越受到研究者的青睐，可以解决显微成像系统中诸如机械抖动、离散变焦等技术问题，推进显微成像系统向智能化、轻量化发展。阐述了电润湿液体透镜的基本概念和国内外研究现状；重点综述了基于电润湿液体透镜的显微成像技术的最新研究，详细介绍了连续光学变焦和轴向扫描2类显微成像技术；总结和展望了基于电润湿液体透镜的显微成像技术的机遇和挑战。      

大扫描视场飞行器共形光学系统设计

共形光学窗口外表面与飞行器轮廓相同,可以显著提升飞行器的整体性能,但在大扫描视场应用时,引入大量非对称动态像差,严重影响成像质量。针对大扫描视场的共形光学系统,提出了基于共形窗口内表面优化,以及分视场单元透镜阵列的动态像差校正方法,实现动态像差的静态化校正。在84°扫描视场范围内,对共形光学系统进行仿真验证,结果表明：该方法使共形光学系统在全扫描视场范围内的Zernike多项式系数绝对值从0~10.82λ减小到0~1λ（λ为波长）,同时各通道单元透镜阵列保持固定状态。与目前已有方法相比,本文显著提升了大扫描视场共形光学系统的成像质量和系统稳定性,有效简化了系统结构。本文的研究对实现大扫描视场、高成像质量和高稳定性的共形光学系统有重要意义。     

考虑壁板刚度匹配的大型飞机复合材料机翼气动弹性优化设计

针对大型飞机复合材料机翼,发展了一种考虑壁板刚度匹配的气动弹性优化设计方法。基于敏度算法,以结构质量最小化为目标,以壁板刚度匹配、颤振速度、翼尖变形、设计许用值、工艺性等为约束,在严重载荷状态下设计复合材料机翼结构,研究不同壁板刚度匹配要求对于优化设计结果的影响,并与传统优化设计结果进行比较。结果表明:考虑壁板刚度匹配需要付出一定的结构质量,但对局部稳定性设计、损伤容限设计和大型复合材料壁板制造有利;壁板刚度匹配设计范围对于优化设计结果影响显著,需要根据设计和制造要求合理确定;压缩设计许用值是影响复合材料机翼气动弹性优化设计的关键约束。      

基于DDPG算法的变体飞行器自主变形决策

针对变体飞行器的自主变形决策问题,提出了一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法的智能二维变形决策方法。以可同时变展长及后掠角的飞行器为研究对象,利用DATCOM计算气动数据,并通过分析获得变形量与气动特性之间关系;基于给定的展长和后掠角变形动力学方程,设计DDPG算法学习步骤;针对对称和不对称变形条件下的变形策略进行学习训练。仿真结果表明:所提算法可以快速收敛,变形误差保持在3%以内,训练好的神经网络提高了变体飞行器对不同飞行任务的适应性,可以在不同的飞行环境中获得最佳的飞行性能。      

紧凑型横向变焦系统关键器件的设计方法与功能验证

变焦系统可实现连续的光学变焦,可对不同景深的目标实现连续成像。在焦深延拓和光学检测等领域具有广泛地应用和发展潜力。本文提出了一种紧凑型可实现连续变焦功能的扁平化位相衍射元件,并设计分析和验证了横向调制相位型变焦衍射元件的功能。通过标量衍射基本理论模型,借助菲涅尔波带和多台阶相位衍射元件的设计方法,实现了横向变焦关键器件的设计仿真和实验验证。并以多波长响应的空间光调制器为基础,搭建了器件相位调制验证实验系统,通过测试证明了所设计器件的变焦能力,仿真和实验测试均可实现5倍变焦目标的有效调制。     

准直光学系统热变形对太阳模拟器性能影响研究

为了给太阳模拟器系统热管理提供可靠的技术依据,研究了准直光学系统热变形对系统性能的影响。选取项目组自主研发的高精度太阳模拟器准直光学系统作为研究对象,利用有限元软件仿真实际工作条件下各光学元件表面温度及热变形分布,将通光表面变形数据拟合为泽尼克系数导入光学设计软件中,分析热变形对系统准直角误差及辐照均匀度影响。研究结果表明:在未采取温控措施的自然对流条件下,热变形造成±1’的准直角误差和41.3%的辐照不均匀度,超出允许范围,需进行温控。通过光机集成分析法,给出了不同温度下,对流系数与热变形导致的准直角误差和辐照不均匀度对应关系,为风冷温控系统工程化设计提供了依据。     

准直光学系统热变形对太阳模拟器性能影响研究

为了给太阳模拟器系统热管理提供可靠的技术依据,研究了准直光学系统热变形对系统性能的影响。选取项目组自主研发的高精度太阳模拟器准直光学系统作为研究对象,利用有限元软件仿真实际工作条件下各光学元件表面温度及热变形分布,将通光表面变形数据拟合为泽尼克系数导入光学设计软件中,分析热变形对系统准直角误差及辐照均匀度影响。研究结果表明：在未采取温控措施的自然对流条件下,热变形造成±1′的准直角误差和41.3%的辐照不均匀度,超出允许范围,需进行温控。通过光机集成分析法,给出了不同温度下,对流系数与热变形导致的准直角误差和辐照不均匀度对应关系,为风冷温控系统工程化设计提供了依据。     

单色仪输出波长准确度校准技术研究

利用激光器产生单色光光源,解决了红外探测器相对光谱响应(单色仪)的溯源。根据单缝衍射和多光束干涉的原理,将光垂直入射到光栅面上,经会聚镜会聚其焦平面上形成一系列对称排列的明条纹,通过旋转光栅,在输出端得到以单色光波长倍数递增的、信噪比足够大的光源。这样,只要选择合适的激光器,就可解决单色仪整个波段的溯源性。     

新型实用高精度Talbot－Moire测焦法研究

本文首先从理论上证明了用单色平面波照射光栅时，在透镜后形成的Ｔａｌｂｏｔ－Ｍｏｉｒｅ象关于焦点的对称性．并利用这种性质提出了一种测量透镜焦距的方法，该方法采用光栅莫尔技术找准对称象的位置，再经简单计算得到透镜焦距．理论分析和实测研究表明此方法方便实用，对被测焦距的长短没有要求，而且容易实现高精度的测量．     

地球敏感器光谱波段对红外带通滤光片的影响

从卫星用红外带通滤光片的膜系设计出发,分析了地球敏感器的不同光谱波段（工作波段）对锗基片和碲片铅镀膜材料的吸收和透射率的影响,以及对滤光片膜系的等效折射率和反射损失的影响。给出了设计结果,提出了卫星用地球敏感器的最佳光谱波段。