1 中国科学院光电技术研究所薄膜光学相机总体室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
为实现大口径衍射光学系统宽波段成像，分析了传统衍射透镜基于Schupmann结构光路模型带宽增加带来的中继镜口径变大的问题，提出采用谐衍射透镜作为主镜构建大口径宽波段衍射光学系统，设计了口径为10 m谱段覆盖400~900 nm的大口径光学系统，中继镜的口径与传统设计相比减小了2.4 m。为验证该设计方法，设计一套口径为80 mm、光谱范围为400~900 nm的成像光学系统，并对该系统进行了成像实验，通过查看鉴别率靶图像无色差，验证了基于谐衍射透镜为主镜的宽波段成像设计方法，为大口径衍射光学系统设计提供了一种思路。
光学设计 宽波段 谐衍射 消色差 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122003
1 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
2 中国科学院光电技术研究所，中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
薄膜衍射透镜是空间轻量化成像领域的一个重要发展方向。高性能聚酰亚胺薄膜材料由于其良好的综合性能得到广泛应用，但较差的可见光透过率以及空间环境下性能不稳定性限制了其在空间薄膜光学镜基底材料领域的发展。通过溶胶-凝胶提拉法在菲涅耳衍射透镜表面制备了二氧化硅增透膜，这种复合结构设计一方面提高了聚酰亚胺薄膜的可见光透过性，另一方面通过表面二氧化硅薄膜提高了其对空间环境辐照的耐受性，本研究可为后期空间光学薄膜衍射透镜设计及制备提供参考。
材料 复合薄膜 衍射透镜 高透过率 空间环境 耐辐照 光学稳定性 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316018
1 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨5000
2 天地科技股份有限公司，北京10000
3 中国科学院光电技术研究所，四川成都610207
空间光学相机是高精度系统，其主镜由重复伸展机构支撑到位并实现系统成像。为了提高空间光学相机可重复展收机构的精度，基于Miura折纸原理提出薄膜防护罩折叠方法并进行了参数分析。采用NX/SST仿真软件分析了伸展机构有无防护罩包覆的温度场，研究了主镜安装面在不同温度梯度下的变形规律，利用伸展机构防护罩样机进行了伸展机构可重复展收实验。结果表明本文设计的可重复折展薄膜防护罩的展开角θA=120°时，结构已完成接近85%的展开，此时模型形状依然规整，验证了防护罩的随动重复展收功能。通过热分析发现，有防护罩时伸展机构最高温度为12 ℃，最低温度为3.5 ℃，与无防护罩相比，最高温度降低了22 ℃，最低温度提高了51.5 ℃，防护罩有效降低了伸展机构的温度梯度。实验结果表明，伸展机构在进行了10次重复展开试验后，在X方向重复精度平均值的绝对值为0.002 16 mm，Y方向为0.005 96 mm，Z方向为0.003 48 mm。本文设计的伸展机构具有较高的重复展收精度，基于折纸原理设计的薄膜防护罩具有良好的可重复展收、遮光和热控效果，可以有效保证光学相机在空间环境的应用。
空间相机 薄膜防护罩 Miura折纸 不均匀温度场 热变形 space camera membrane protective cover Miura origami non-uniform temperature field thermal deformation 光学 精密工程
2021, 29(12): 2877
中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
空间光学成像系统采用薄膜主镜解决了大口径、轻量化、空间折叠展开等难题，但大口径光学透镜的成像指标要求高、空间应用环境恶劣，对透镜基底材料的性能要求严苛，其中尺寸稳定性、空间环境适应性尤为重要。本文提出在分子结构设计基础上，通过共聚合成的方法有效改性聚酰亚胺材料，通过在分子结构中同时引入刚性链和分子链间氢键作用，在保证传统聚酰亚胺高机械性能、高热稳定性的同时，改善其热尺寸稳定性、空间环境光学稳定性。所得高尺寸稳定性光学级聚酰亚胺薄膜材料综合性能良好，是优异的空间光学成像系统薄膜主镜候选材料。
光学聚酰亚胺薄膜 高尺寸稳定性 空间环境光学稳定性 optical grade polyimide high dimensional stability optical stability of space environment
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
针对大尺寸、长距离、非接触条件下的目标定位技术需求，提出了一种基于视觉测量的目标定位技术。许多视觉测量方法寻求在PnP算法改进上得到更高精度，而没有考虑到特征点数目增加对测量精度造成的影响，基于此，通过引入测量基线的概念设计出一种精度可定量提高的合作式靶标。首先通过测量模型的建立和精度分析，利用误差传播理论得出了n点式靶标测量精度的函数解析式，进一步详细分析与验证了各影响项所带来的影响，并讨论了合作靶标特征点排布形式对精度的影响情况，在此基础上进行了靶标布局以及结构参数的优化以进一步提高测量精度。实验结果表明，以所设计的16点环阵式靶标为例，其重投影误差较同尺寸P4P靶标减少了约50.3%，立体靶标则进一步将重投影误差降低了39.2%。该技术不仅可用于特殊环境下的目标定位识别，更适用于复杂系统中的单元状态监测。
单目视觉 PnP问题 位姿测量 精度分析 合作靶标设计 monocular vision perspective-n-point problem pose measurement accuracy analysis cooperative target design 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200191
方国明 1,2,3,**彭起 1,2,*马浩统 1,2乔山 1,2,3[ ... ]董理 1,2,3
1 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
相位调制器是相干合成孔径望远镜中光束合成机构的关键部件,精确测量相位调制器的运动信息是相位调制器控制的核心技术之一。提出了基于平面法线向量的三自由度(俯仰角、方位角和轴向位移)测量方法,基于法线向量的变化解算角度和位移信息,并对所提方法进行详细描述,分析了影响测量精度的因素。实验结果表明:旋转角α和γ的转动范围分别为0~0.44 mrad和0~0.28 mrad,位移移动范围为0~3 μm;在测量范围内,角度误差小于3.3 μrad,位移误差小于50 nm。所提方法具有结构简单、测量精度高等优势,可广泛应用于相位调制器等的三自由度测量中。
测量 精密测量 三自由度 法线向量 误差分析 数值仿真 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 111201
传统双级光隔离器45°装配无法达到隔离度最优化问题。从双级光隔离器的光学结构和工作原理入手, 分析了双级光隔离器的插入损耗、反向隔离度, 以及偏振相关损耗, 使用MATLAB定量分析了双级隔离器装配存在偏转角度误差时的插入损耗和反向隔离度, 为双级隔离器装配的最佳化提供了理论上应保证44°装配这一可行的保障方法。
光学器件 光隔离器 插入损耗 隔离度 偏振相关损耗 误差分析 optical devices isolator insertion loss isolation polarization dependent loss error analysis
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
为校正大口径量子通信望远镜的静态像差，提高接收信号光的能量集中度，提出了基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的静态像差校正方法。该方法不同于经典的自适应光学校正方法，无需波前传感器，可有效降低系统的复杂性。对SPGD算法进行了分析，在此基础上利用64单元变形镜和CCD探测器搭建了校正平台，并将该校正平台应用到青海湖量子通信地面站望远镜系统，对700 mm望远镜的静态像差进行了校正，远场光斑直径由校正前的58 μm改善为30 μm，验证了SPGD 算法对望远镜波前畸变校正的可行性。
光学设计 量子通信 波前校正 随机并行梯度下降算法 变形镜 激光与光电子学进展
2012, 49(8): 082201
1 中国科学院光电技术研究所， 四川 成都 610209
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
液晶空间光调制器(LCSLM)通过实时调制波前倾斜实现光束偏转，与传统的快反镜相比，具有非机械调制、体积小、功耗低、轻巧灵敏等优点，可应用于空间光通信中。简单介绍了液晶实现光束偏转的原理，并测试了LCSLM的调制特性，根据调制特性设计基于LCSLM的光束偏转闭环系统。实验结果表明LCSLM能有效地抑制光束抖动，使相对误差小于±1.75%。分析了LCSLM的衍射效率对于光束质量的影响及液晶响应速度、系统传输时延和算法复杂度对控制系统带宽的制约。
光学器件 液晶空间光调制器 光束偏转 倾斜 抖动抑制 衍射效率
