1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 天津津航技术物理研究所，天津 300309
减反射微纳结构表面具有宽光谱、宽角度抗反射的优异光学性能，在光电池、光探测领域有广阔的应用前景。但微纳结构表面的周期结构单元微小，容易受到外界环境影响而损伤。为增强微纳结构表面微纳结构单元的机械稳定性，提出并制备了复合网栅减反射微纳结构表面，在硅基底上构建氧化硅复合网栅结构，实现了对内部微纳结构单元的保护作用。经过光学反射率测试，所制备的复合网栅微纳结构表面在3~5 μm宽谱段、0°~40°宽角度内的平均反射率小于4%。此外，利用胶带剥离法测试网栅结构对微纳结构的保护作用，实验结果表明，带有网栅结构的微纳结构形貌并未产生损伤且减反射性能保持良好，最终证明设计的网栅结构具有力学保护性能。该研究将有助于推动微纳结构表面在高精度光学探测领域内的应用。
减反射微纳结构 复合网栅结构 光学性能 力学保护 光学学报
2023, 43(16): 1623024
1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 成都太科光电技术有限责任公司，四川 成都 610041
利用二阶泰勒形式表示公差与波像差的函数关系，依据差分光线追迹法，通过光线追迹理论推导完善了偏心和倾斜两种公差关于波像差的一阶导数计算公式，利用依次求导和公式移项两种方法建立波像差的二阶导数模型。结果表明：依次求导法的求解过程复杂，应用范围受到限制，只可用于光学后截距分析；公式移项法所需的追迹像质次数少，且拟合效果良好，残差平方和处于10-7~10-6量级；所提方法可对光学系统进行有效的经济公差分配。
光计算 光学加工 经济公差 波像差 光线追迹 仿真分析 光学学报
2023, 43(13): 1320003
红外与激光工程
2023, 52(5): 20220763
针对目前基于数字微镜（Digital Micromirror Device，DMD）的光谱模拟中，光谱模拟单元具有不同偏态性质且存在非线性调制等特点，提出了一种适用于多种色温调制的基于模糊PID控制的恒星光谱模拟方法。构造了DMD工作矩阵、光谱调制权重矩阵、光谱分布函数矩阵以及目标光谱矩阵，建立了基于DMD的光谱模拟数学模型；然后，研究了基于遗传算法优化BP神经网络的光谱分布函数拟合算法，在400~800 nm的峰值波长内实现了光谱分布函数拟合；提出了一种基于模糊PID控制的光谱模拟算法，选择模糊集合与隶属度函数，制定了模糊推理以及解模糊化规则。仿真分析了模糊PID控制器性能，结果表明与PID控制相比，模糊PID控制的超调量减小90.7%，调节时间缩短了69.4%。最后，实验验证了3 000~11 000 K色温光谱分布曲线的模拟精度，结果表明：光谱模拟误差优于±4.21%；相较于PID控制，模糊PID控制在3 000，6 500以及11 000 K色温的最大光谱模拟精度分别提高了2.31倍，1.71倍和2.02倍。所提出的方法可以进一步提升光谱模拟精度，为高精度星敏感器的地面标定提供理论与技术基础。
光谱模拟 模糊控制 遗传算法 数字微镜 BP神经网络算法 spectral simulation fuzzy control genetic algorithm digital micromirror BP neural network algorithm 光学 精密工程
2023, 31(11): 1619
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 63856部队，吉林 白城 137001
基于Buchdahl模型的色散向量分析法可以用于指导光学设计中的材料选择与替换，得到消色差效果良好的材料组合，但是目前该理论由于数学形式的限制，只应用于有焦系统设计中，并没有用于指导无焦系统设计的先例。针对此问题进一步探究该理论在无焦系统下的应用，提出适用于无焦系统的色散向量比例因子的变形表达，以该方法对一个七倍望远无焦系统进行材料的选取，优化后的系统在0.707孔径处最大色差值仅为2.705×10−5D （屈光度），632.8 nm和1 064 nm两波长的焦移差为0.000 21 D，波段范围内最大焦移也仅为0.004 7 D，系统色差得到有效校正，各视场MTF完全达到衍射极限。研究成果使基于Buchdahl模型的色散向量分析法可以同样应用于无焦系统设计中，为无焦系统消色差材料组合的选择提供了一种新思路。
无焦系统 Buchdahl模型 色散向量 unfocused system Buchdahl model dispersion vector 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220374
长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
利用原子层沉积技术共形生长的特点,同时利用自组装掩模刻蚀技术,在单晶硅基底上制备了具有低深宽比和满占空比特点的Al2O3-Si复合微纳结构表面。光谱反射率测试结果表明,在底端满占空比、微结构深宽比接近1∶1的情况下,入射角在8°时复合微纳结构表面在3~5 μm谱段的平均反射率小于3.5%。纳米压痕测试结果表明,Al2O3-Si复合微纳结构表面的弹性恢复率较单一硅基底结构增加10.14%,证明沉积氧化铝薄膜具有提升抗反射微纳结构力学性能的作用。
薄膜 复合微纳结构表面 氧化铝原子层沉积 中红外抗反射 弹性恢复率 光学学报
2022, 42(10): 1031001
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
照明系统是增强现实光学系统的重要组成部分，其体积、照度均匀性、能量利用率直接影响增强现实照明系统的质量，因此在照明系统中对光源二次配光非常重要。针对增强现实系统的自由曲面透镜形式和照明系统开展研究，重点分析准直系统集光角度与体积的对应关系，在对光源准直系统的面型构建详细分析基础上，对中心透射边缘反射的折反射式准直系统的面型进行求解，结合偏微分方程法和划分网格法，设计了自由曲面透镜，该系统与偏振分光棱镜共同组成硅基液晶（liquid crystal on silicon，LCoS）照明系统。仿真分析结果表明：系统照度均匀性达到91.96%，若不计偏振影响，照明系统光学效率达到66.6%。该系统具有结构简单紧凑、体积小、质量轻、照度均匀性高等特点，满足增强现实眼镜的需求。
增强现实技术 照明系统 准直系统 自由曲面透镜 augmented reality technology illumination system collimating system free-form lens
长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
针对一款基于DMD的光谱维编码Offner光谱成像仪对凸面闪耀光栅的性能要求，提出了一种凸面闪耀光栅的宏观-微观一体化优化设计方法，利用三维偏振光追迹算法有机融合了宏观层面的Offner光学系统设计与微观层面的凸面闪耀光栅槽型设计。介绍了编码孔径Offner光谱成像系统的组成和工作原理，并结合系统的使用要求设计了一款平均衍射效率为85.47%的中波红外凸面闪耀光栅。在此基础上，采用超精密单点金刚石车床成功制备了曲率半径为120 mm、周期为99.945 μm、闪耀角为1.1783°、槽深为1.834 μm的凸面闪耀光栅。测试结果表明，在3~5 μm光谱范围内，最大衍射效率为93.46%，平均衍射效率为84.29%，与理论设计值较为吻合，验证了凸面闪耀光栅设计方法的有效性。
光谱成像 凸面光栅 衍射效率 编码孔径 spectral imaging convex grating diffraction efficiency coded aperture 红外与激光工程
2022, 51(3): 20220007
长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
基于双DMD提出了一种光谱维编码的中波红外光谱成像系统，利用空间维DMD完全补偿了光谱维编码DMD引起的像面倾斜。介绍了系统的组成和工作原理，设计了焦距为240 mm、F数为3的望远系统作为前置成像单元，采用双光路Offner光栅成像系统配合光谱维编码DMD同时实现了光线的色散、编码和合光等多个功能，设计了放大倍率为1的中继成像系统实现冷光阑匹配。通过整体优化设计实现了对双光路Offner光栅成像系统残余像差的补偿，设计结果表明，系统具有良好的空间成像和光谱性能，作用距离满足设计要求。
光学设计 光谱成像 编码孔径 中波红外 optical design spectral imaging coded aperture MWIR 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210700
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210129
