以波长分别为633 nm和1319 nm的激光为例研究了激光耦合共焦系统。 为满足两种波长的激光合束聚焦后的会聚角小于10°的设计要求, 提出了两种解决思路:一是用反射镜和二向色镜 使双波长激光实现共光路,然后经离轴抛物面反射实现共焦;二是用透镜组耦合的方法把双波长激光分别耦合进二 合一合束器,合束器采用单模光纤,其芯径为9 μm, 数值孔径(NA)为0.14, 根据光纤和激光器参数设计耦合透镜组。 综合考虑采用第二种方法进行实验,给出实验方法及测量结果,并计算出两种波长激光各自的耦合效率。实验结果 表明:光纤耦合器耦合法能实现双波长激光合束,并且耦合效率较高,输入波长为633 nm、1319 nm时系统的耦合效率分别大于40%、30%, 实验结果满足设计要求,达到了预期效果。

为简化系统结构,将激光发射系统与成像接收光学系统合二为一,设计了一种可变远距离收发共用的折射式光学系统。该系统使用分光镜将1064 nm激光和可见光分离,通过调节成像系统焦面及发射系统前透镜位置,可对300～2000 m 范围内物体进行激光发射及成像接收,结合两种功能于一体,采用发射接收共光路的方式,实现了激光光学系统的小型化与轻量化。根据PW法分别设计了主光路前后组镜头初始结构,并使用Zemax软件对初始结构进行优化分析,大大提升了接收系统的成像质量和发射激光能量集中度。最终设计结果满足设计要求,在300～2000 m物距范围内系统发射光斑大小合理并能清晰成像。

针对工业大视场物镜畸变成像的实时校正问题, 提出一种校正算法和CPU+GPU并行加速方案.根据光学畸变理论和相机标定技术, 建立非球面畸变校正模型.利用棋盘样板计算光学中心和估计畸变系数, 设计校正算法.在CPU+GPU并行加速方案基础上, 设计内核自适应维度算法并优化运行程序, 结合OPENGL驱动进行实时校正和显示.实验结果表明, 本文设计的实时校正系统对高分辨率的畸变成像校正率可以达到98.2%, 单帧耗时0.026 s, 平均综合加速比为29.1.该系统精度高, 可移植性强, 简单易行, 能够广泛应用于成像畸变的实时校正.